DE102014013562A1

DE102014013562A1 - Verfahren zur Herstellung eines multifunktionalen Spritzgussteils mit Leiterbahn und Steckverbinder sowie hinterspritzter Schaltungsträger

Info

Publication number: DE102014013562A1
Application number: DE102014013562.4A
Authority: DE
Inventors: Gerald Schöfer; Andreas Tanda; Christoph Ramsauer; Philipp Weissel
Original assignee: PLASTIC ELECTRONIC GmbH; Schoefer GmbH
Current assignee: PLASTIC ELECTRONIC GmbH; Schoefer GmbH
Priority date: 2014-09-18
Filing date: 2014-09-18
Publication date: 2016-03-24
Also published as: WO2016059475A2; WO2016059475A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines multifunktionalen Spritzgussteils (7) mit Schaltungsträger (1, 3) und integriertem Steckverbinder (9). Ferner betrifft die Erfindung einen hinterspritzten (6) Schaltungsträger (1, 3) mit integriertem Steckverbinder (9). Der Schaltungsträger (1, 3) umfasst eine Schaltungsträgerfolie (1) mit Leiterbahnen (3) und mit einem Zungenabschnitt (5). Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Schaltungsträger (1, 3) einschließlich des Zungenabschnitts (5), nach vorherigem Umformen, ggf. 3D-Umformen des Schaltungsträgers (1, 3), zumindest in einem den Zungenabschnitt (5) umfassenden Umgebungsbereich (8) des Schaltungsträgers (1, 3) einstückig mit einem Spritzgusswerkstoff (6) hinterspritzt. Es werden nacharbeitsfrei einstückige multifunktionale Spritzgussteile (7) mit integriertem Folienschaltungsträger (1, 3) und mit vollwertigem Steckverbinder erhalten, die zudem ganz oder teilweise 2D- oder 3D-freigeformt sein können, sowie weitere Funktionalitäten wie beispielsweise Sensorik und/oder visuelle Anzeigefunktionen enthalten können.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines multifunktionalen Kunststoff-Spritzgussteils mit integriertem Schaltungsträger und integriertem Steckverbinder gemäß Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung einen hinterspritzten Schaltungsträger nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 13.
Kunststoffteile bzw. Spritzgussteile mit integriertem Schaltungsträger, bei denen der Schaltungsträger beispielsweise elektronische Bauelemente aufnehmen und/oder sonstige elektrische Funktionen wie beispielsweise Sensorfunktionen übernehmen kann, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Es werden hierzu beispielsweise Schaltungsträgerfolien mit darauf angeordneten Leiterbahnen mit stützenden und/oder dekorative Kunststoffschichten verklebt, verpresst oder verspritzt. Auf diese Weise werden Kunststoffteile erhalten, die zugleich elektrische bzw. elektronische wie auch mechanische bzw. stützende und/oder dekorative Funktionen in sich vereinen.
Aus der WO 2012/170716 A2 ist ein Bedienpanel beispielsweise für eine Waschmaschine bekannt, zu dessen Herstellung ein Schaltungsträger mit Leiterbahnen mit verschiedenen Kunststofffolien bzw. -schichten zusammen laminiert bzw. hinterspritzt wird. Für den Anschluss des Schaltungsträgers an die Stromversorgung bzw. an die Steuerungselektronik der Waschmaschine wird eine Zunge oder Lasche des Schaltungsträgers aus dem Laminat ausgespart, und steht schlussendlich als abgewinkelte Anschlussfahne von der Rückseite (nachfolgend auch als B-Seite bezeichnet, im Unterschied zur A-Seite, welche die Vorderseite bzw. Sichtseite bzw. Benutzerseite beispielsweise eines Bedienpanels bezeichnet) des Bedienpanels ab. Die Anschlussfahne wird dann in üblicher Weise mit einem Foliensteckverbinder kontaktiert und mit der Steuerelektronik der Waschmaschine verbunden.
Zur Herstellung der Anschlussfahne ist jedoch nach der Herstellung bzw. Hinterspritzung des Bedienpanels ein zusätzlicher Beschnitt des Folienschaltungsträgers und eine entsprechende Ablösung der Anschlussfahne notwendig, bzw. eine Perforation, die später ausgebrochen wird, wodurch zusätzliche Arbeitsgänge, Kosten und die Gefahr der Beschädigung des Schaltungsträgers entstehen. Durch die notwendige Ausführung der Anschlussfahne als passendes Gegenstück eines marktüblichen Foliensteckverbinder muss die Folienstärke des Schaltungsträgers an die üblichen Dicken für derartige Steckverbinder angepasst werden, wodurch die Folienauswahl für den Schaltungsträger bereits eingeschränkt ist. Auch stellt ein Foliensteckverbinder nicht einen Steckverbinder im eigentlichen Sinn dar, sondern lediglich eine elektrische Anschlussfahne in Form eines Folienausschnitts, dessen mechanische Stabilität eher gering ist.
Durch die zur späteren Ablösbarkeit der Anschlussfahne erforderliche, selektive Beschichtung der Schaltungsträgerfolie mit Haftvermittler besteht beim Spritzgussvorgang die Gefahr, dass der Haftvermittler verdrängt bzw. verwaschen wird und in den Bereich der Anschlussfahne penetriert. Sollte das der Fall sein, so ist eine Ablösung der Anschlussfahne von der Rückseite (B-Seite) des Bedienpanels nach dem Spritzgussvorgang nicht mehr möglich. Ferner besteht aufgrund des erforderlichen Beschnitts bzw. aufgrund der erforderlichen Perforation der Schaltungsträgerfolie im Bereich der Anschlussfahne die Gefahr, dass während des Spritzgussvorganges Spritzgussmaterial durch die perforierte Folie auch an deren Rückseite gelangt. Das kann dazu führen, dass die Schaltungsträgerfolie mit Spritzgussmaterial unterwandert wird und somit aufschwimmt, also eine nicht definierte Endlage im gefertigten Bauteil aufweist.
Auch muss nach dem Spritzguss grundsätzlich ein Beschnitt der Schaltungsträgerfolie erfolgen, um die Anschlussfahne vom Bauteil lösen zu können. Eine mechanische Beschädigung des Endbauteils sowie der Schaltungsträgerfolie kann dabei nicht ausgeschlossen werden. Darüber hinaus ist die Formgebung des Spritzgussbauteils in seiner Herstellung auf eher flache, allenfalls 2D-geformte Geometrien beschränkt, da ansonsten ein Ausschneiden und Ablösen der Anschlussfahne nur mehr schwierig oder gar nicht möglich wäre.
Schließlich erfordert eine dergestalt ausgeführte Anschlussfahne grundsätzlich manuelle Arbeit, um die Verbindung des hinterspritzten Schaltungsträgers mit dem Steckverbinder der übergeordneten Leiterplatte herzustellen. Eine vollautomatisierte Montage ist mit den bekannten Ausführungen gattungsgemäßer Spritzgussteile mit Schaltungsträger nicht möglich.
Mit diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines multifunktionalen Kunststoffteils mit integriertem Schaltungsträger und integriertem, vollwertigem Steckverbinder, sowie einen hinterspritzten Schaltungsträger mit Steckverbinder zu schaffen, mit dem die eingangs genannten Nachteile des Standes der Technik überwunden werden. Insbesondere soll der Steckverbinder des Schaltungsträgers mit hoher Reproduzierbarkeit mittels Folientechnik zuverlässig herstellbar sein, sich zur automatischen Montage einschließlich Herstellung der elektrischen Verbindung eignen, und zudem im Betrieb besonders robust und widerstandsfähig auch gegen Vibrationen sein.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, und durch einen Schaltungsträger gemäß Patentanspruch 15 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Herstellung eines multifunktionalen Spritzgussteils mit integriertem Schaltungsträger sowie mit integriertem Steckverbinder. Der Schaltungsträger umfasst hierzu eine Schaltungsträgerfolie mit zumindest einem einstückig mit der Schaltungsträgerfolie ausgebildeten Zungenabschnitt (wobei der Zungenabschnitt mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens Teil des integrierten Steckverbinders wird). Die Schaltungsträgerfolie weist auf zumindest einer ihrer Oberflächenseiten sowie zumindest in einem den Zungenabschnitt umfassenden Umgebungsbereich zumindest eine elektrisch leitfähige Leiterbahn auf.
Die zumindest eine Leiterbahn kann bereits vorab mit einem Leiterbahnbild versehen sein. Unter dem ”Zungenabschnitt” ist im Sinne der Erfindung ein einstückig mit der Schaltungsträgerfolie ausgebildeter Flächenbereich der Schaltungsträgerfolie zu verstehen, welcher anhand eines Schnittes oder anhand einer Ausstanzung entlang eines Teils seines Umfangs gegenüber der restlichen Schaltungsträgerfolie getrennt, und entlang eines anderen Teils seines Umfangs einstückig mit der restlichen Schaltungsträgerfolie verbunden ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt in einem ersten Verfahrensschritt a) zunächst ein Umformen des Schaltungsträgers zumindest im Umgebungsbereich des Zungenabschnitts dergestalt, dass zumindest Teilbereiche des umgeformten Zungenabschnitts mit der den Zungenabschnitt umgebenden Fläche des Schaltungsträgers einen spitzen oder rechten Winkel einschließen, mit anderen Worten aus der Ebene des den Zungenabschnitt umgebenden Schaltungsträgers herausragen, vorzugsweise unter einem mit dem späteren Stecker-Abgangswinkel übereinstimmenden Umformungswinkel des Zungenabschnitts.
Nachfolgend wird in einem weiteren Verfahrensschritt b) der Schaltungsträger einschließlich des abragenden Zungenabschnitts in eine Gussform, insbesondere Spritzgussform eingelegt.
In einem weiteren Verfahrensschritt c) erfolgt sodann ein einstückiges Hinterspritzen (alternativ Vorspritzen), beispielsweise in Form von Film Insert Molding (FIM) zumindest des den Zungenabschnitt (5) umfassenden Umgebungsbereichs (8) des Schaltungsträgers (1, 3) einschließlich des Zungenabschnitts (5) mit einem polymeren Gusswerkstoff, insbesondere Spritzgusswerkstoff.
Sofern im Nachfolgenden von ”Hinterspritzen” die Rede ist, soll im Sinne der Erfindung jeweils auch die Alternative des Vorspritzens mit umfasst sein, falls nicht anders angegeben. Ein im Zusammenhang mit der Erfindung, bei der es schwerpunktmäßig um das Hinterspritzen bzw. Vorspritzen von Folien, insbesondere Schaltungsträgerfolien geht, bekanntes und bevorzugtes Verfahren ist das Film Insert Molding, bei dem die zu hinterspritzende bzw. vorzuspritzende Folie (oder ein Folienlaminat) in eine Spritzgussform eingelegt und auf einer der Folien-Oberflächenseiten mit schmelzflüssigem Thermoplasten angespritzt wird, wobei ggfs. auch gleichzeitig ein 3D-Verformen der Folie durch Wärme und Druck des eingespritzten Thermoplasten erfolgen kann.
Schließlich wird in einem weiteren Verfahrensschritt d) die so gebildete einstückige Einheit aus erstarrtem Gusswerkstoff, insbesondere Spritzgusswerkstoff, sowie Schaltungsträger und Zungenabschnitt aus der Formkavität entformt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist gegenüber dem eingangs geschilderten Stand der Technik vorteilhaft insofern, als hierbei kein nachträglicher Beschnitt und kein nachträgliches Herauslösen einer Schaltungsträger-Anschlussfahne, mit entsprechenden Kosten und mit der entsprechenden Beschädigungsgefahr mehr notwendig ist. Weiterhin ist dank der Erfindung die Art und Stärke des Folienmaterials der Schaltungsträgerfolie im Gegensatz zum Stand der Technik nun frei wählbar, ohne dabei auf Folienstärken für übliche Steckverbinder beschränkt zu sein. Anstatt nur einer empfindlichen Anschlussfahne wie beim Stand der Technik lässt sich mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ein vollwertiger, robuster und steifer Steckverbinder mit weitgehend frei gestaltbarer Geometrie und hoher mechanischer Festigkeit, auch mit 3D-Geometrieen, darstellen. Auch kann die unmittelbare Bauteilumgebung des so geschaffenen Steckverbinders 2D- oder 3D-freigeformt sein.
Insgesamt wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens unter hoher Prozesssicherheit und Reproduzierbarkeit unmittelbar ein multifunktionales Spritzgussteil mit integriertem Schaltungsträger und mit einem fertigen, mechanisch robusten Steckverbinder, ohne Notwendigkeit zur weiterer Nacharbeit erzeugt, wobei der so erzeugte integrierte Steckverbinder sich aufgrund seiner definierten Form und Lage ohne manuelle Nacharbeit auch zur vollautomatischen elektrischen Bauteilprüfung eignet, sowie ebenso zur automatischen Montage, beispielsweise zur Verbindung mit einer übergeordneten elektronischen Anschlussbaugruppe. Das erfindungsgemäße Verfahren liefert somit ein multifunktionales Spritzgussteil mit Schaltungsträger und Steckverbinder, das robust, wenig fehleranfällig und einfach in Handhabung und Montage ist.
Bezüglich der Patentansprüche und der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens soll dabei grundsätzlich gelten, dass verwendete Abfolgebeschreibungen wie ”nachfolgend erfolgt” oder ”nach Verfahrensschritt x) erfolgt” nicht im Sinne von ”unmittelbar nach” zu verstehen sind, sondern lediglich im Sinne einer relativen zeitlichen Abfolge. Mit anderen Worten, beispielsweise besagt der Ausdruck ”Nach Verfahrensschritt x) erfolgt in einem weiteren Verfahrensschritt y) ...” lediglich, dass Verfahrensschritt y) dem Verfahrensschritt x) zeitlich nachfolgt. Damit ist jedoch nicht ausgeschlossen, sondern teilweise ausdrücklich vorgesehen, dass beispielsweise weitere Verfahrensschritte, insbesondere Verfahrensschritte gemäß bevorzugter Ausführungsformen, zwischen Verfahrensschritt x) und Verfahrensschritt y) eingefügt und durchgeführt werden können.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass in Verfahrensschritt a) (Umformung) über die Umformung des Zungenabschnitts hinaus auch weitere zumindest Teilbereiche des Schaltungsträgers umgeformt werden. Auf diese Weise kann nicht nur der Steckverbinder im für die Montage vorgesehenen Winkel umgeformt werden, sondern auch weitere Teilbereiche des Schaltungsträgers, oder auch der gesamte Schaltungsträger, können (vor der Hinterspritzung) frei umgeformt werden. Vorzugsweise wird der Schaltungsträger dabei 3D-verformt bzw. freiform-umgeformt. Auf diese Weise wird die Gestaltung einer weitgehend beliebig bzw. 3D-freigeformten, beispielsweise auch im Umgebungsbereich des Steckverbinders 3D-gekrümmten, jedoch schlussendlich insgesamt starren und robusten Bauteileinheit aus einem hinterspritzten Schaltungsträger mit einstückig angeformtem und mit dem Schaltungsträger mechanisch sowie elektrisch einstückig verbundenem Steckverbinder ermöglicht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt vor dem Umformen in Verfahrensschritt a) auf der zu hinterspritzenden Oberflächenseite des Schaltungsträgers ein Beschichten zumindest von Teilbereichen der Schaltungsträgerfolie einschließlich zumindest von Teilbereichen des Zungenabschnitts mit einer Haftvermittlerschicht, beispielsweise ein Laminieren der Schaltungsträgerfolie mit einer thermoplastischen Haftvermittlerfolie. Auf diese Weise ergibt sich ein besonders gutes Anhaften bzw. eine innige, nahezu stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Laminat aus Schaltungsträgerfolie und Haftvermittlerschicht sowie dem Spritzgusswerkstoff beim nachfolgenden Hinterspritzen. Die zumindest eine Leiterbahn der Schaltungsträgerfolie kann dabei bereits vorab mit dem Leiterbahnbild versehen sein, oder es kann nach der Lamination mit der Haftvermittlerfolie ein entsprechendes Leiterbahnbild durch Beschichten mit einer Leiterbahnschicht und anschließende Strukturierung der Leiterbahnen aufgebracht werden.
Dabei ist es prinzipiell unerheblich, welcher Art die Haftvermittlerschicht ist und wie diese erzeugt bzw. aufgetragen wird. Die Haftvermittlerschicht kann beispielsweise als aufgetragene Lack- oder Kleberschicht ausgebildet, oder auch durch molekulare Veränderung der entsprechenden Oberflächenseite der Schaltungsträgerfolie erzeugt werden, beispielsweise durch Plasmaentladung oder Säurebehandlung der entsprechenden Schaltungsträger-Oberfläche.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Haftvermittlerschicht jedoch folienförmig in Form einer Haftvermittlerfolie ausgebildet. Dabei erfolgt das Beschichten der Schaltungsträgerfolie mit der Haftvermittlerschicht durch Lamination von Schaltungsträgerfolie und Haftvermittlerfolie zu einem Folienlaminat, bevor das Umformen des dann zusammen mit der Haftvermittlerfolie laminierten Schaltungsträgers in Verfahrensschritt a) erfolgt. Die Ausführungsform mit Haftvermittlerfolie ist vorteilhaft insbesondere bezüglich Prozesssicherheit und Produktionsgeschwindigkeit bei der Beschichtung, da die Haftvermittlerfolie beispielsweise noch in einem im Rolle-zu-Rolle-Stadium des Herstellungsverfahrens bereits flächig aufkaschiert werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Schaltungsträger im Vorfeld von Verfahrensschritt a) (Umformen) oder im Vorfeld von Verfahrensschritt b) (Einlegen in die Spritzgussform) auf einer oder beiden Oberflächenseiten mit elektronischen und/oder elektrischen Bauteilen bestückt. Auf diese Weise lässt sich ein auf der Front- bzw. Sichtseite (A-Seite) und/oder auf der Rückseite (B-Seite) bereits teilweise oder komplett mit elektronischen Bauteilen bestücktes, multifunktionales Spritzgussteil mit integriertem Steckverbinder erzeugen, das somit eingebettete komplexe elektronische Funktionen wie beispielsweise Sensorik, Auswertungselektronik und/oder optische Signalisierung erhalten kann. Da bei dieser Ausführungsform die Bestückung zumindest teilweise vor dem Hinterspritzen des Schaltungsträgers erfolgt, kann somit eine schützende Einbettung von zumindest Teilen der Bauteilbestückung in den Spritzgusswerkstoff erfolgen.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die zumindest eine elektrisch leitfähige Leiterbahn auf der steckverbinderzugewandten Oberflächenseite (also bauteilbezogen auf der B-Seite) der Schaltungsträgerfolie angeordnet ist bzw. angeordnet wird, wobei der Schaltungsträger in Verfahrensschritt c) auf der steckverbinderabgewandten Oberflächenseite (A-Seite) hinterspritzt (bzw. bei dieser Ausführungsform vorgespritzt) wird. Auf diese Weise wird ein vorgespritzter Schaltungsträger mit integriertem Steckverbinder erhalten, bei dem Leiterbahnen zumindest rückseitig (also auf der Steckverbinderseite bzw. B-Seite) vorhanden sind, wobei die Vorspritzung auf der Vorderseite (also auf der steckverbinderabgewandten Seite, typischerweise auf der Bauteil-Sichtseite bzw. A-Seite) des Schaltungsträgers angeordnet ist.
Eine hierzu alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die zumindest eine elektrisch leitfähige Leiterbahn auf der steckverbinderabgewandten Oberflächenseite der Schaltungsträgerfolie (also bauteilbezogen auf der Vorderseite bzw. A-Seite) angeordnet ist bzw. angeordnet wird, wobei der Schaltungsträger in Verfahrensschritt c) auf der steckverbinderzugewandten Oberflächenseite (also bauteilbezogen auf der Rückseite bzw. B-Seite) hinterspritzt wird. Auf diese Weise wird ein hinterspritzter Schaltungsträger mit integriertem Steckverbinder erhalten, bei dem Leiterbahnen zumindest A- bzw. vorderseitig (also gegenüber der Steckverbinderseite) vorhanden sind, wobei die Hinterspritzung auf der B- bzw. Rückseite (also auf der Steckverbinder-Seite) des Schaltungsträgers angeordnet ist. Diese zur vorstehenden Ausführungsform alternative Ausführungsform ergibt mit anderen Worten ein Spritzgussteil mit integriertem Steckverbinder, bei dem die Leiterbahnen A- bzw. vorderseitig (also auf der Bauteil-Sichtseite) angeordnet sind, die Hinterspritzung hingegen rückseitig (auf der Steckverbinderseite).
Bezüglich der Variante mit Vorspritzung und zumindest rückseitiger Leiterbahn sieht eine weitere mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass beim Hinterspritzen in Verfahrensschritt c) gleichzeitig eine schützende und/oder dekorative Überzugsfolie mit hinterspritzt, und damit auf das Spritzgussteil aufgebracht wird, wobei Schaltungsträger und Überzugsfolie auf gegenüberliegenden Seiten der Spritzgussform angeordnet sind, und wobei Spritzgusswerkstoff zwischen Schaltungsträger und Überzugsfolie eingebracht wird. Auf diese Weise, z. B. also durch Film Insert Molding (Einlegen der Überzugsfolie in das Spritzgusswerkzeug vor dem Hinterspritzen) kann das Spritzgussteil zusätzlich mit einer schützenden und/oder dekorativen Überzugsfolie versehen werden. Es kann somit ein starres, robustes, einstückiges multifunktionales Spritzgussteil mit Steckverbinder und mit elektrischen, mechanischen sowie schützenden und dekorativen Funktionen in einem einzigen Spritzgussvorgang erzeugt werden.
Bezüglich der alternativen Variante mit Hinterspritzung und mit zumindest vorderseitiger Leiterbahn sieht eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass nach der Ausbildung des Schaltungsträger-Zungenabschnitts, also nach dessen Ausschnitt bzw. Freistanzen aus dem Schaltungsträger, und vor Verfahrensschritt a) (Umformen des Schaltungsträgers), gegenüber der zu hinterspritzenden Oberflächenseite (= hier A-Seite = Benutzerseite) des Schaltungsträgers ein Kaschieren bzw. Verkleben der Schaltungsträgerfolie mit einer Dekorlage erfolgt, wobei jedoch der Flächenbereich des Zungenabschnitts nicht mit der Dekorlage verklebt wird. Auf diese Weise kann der Zungenabschnitt nachfolgend (im Vorfeld des Hinterspritzens) aus dem Folienlaminat aus vorzugsweise Haftvermittlerschicht, Schaltungsträgerfolie und Dekorlage herausgelöst und verformt bzw. umgebogen werden, während die (nicht geschnittene/gestanzte sowie im Flächenbereich des Zungenabschnitts nicht mit dem Laminat verklebte) Dekorlage unverändert die gesamte Sichtoberfläche des späteren Spritzgussteils durchgängig bedeckt.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass nach dem Hinterspritzen in Verfahrensschritt c) in einem weiteren Verfahrensschritt (zusätzlich oder alternativ zu einer Überzugsfolie bzw. Dekorlage) eine schützende und/oder dekorative Überzugsschicht auf der steckverbinderabgewandten Oberflächenseite des Spritzgussteils, die bei dieser Ausführungsform vorzugsweise die A-Seite bildet, aufgetragen wird. Dies kann insbesondere in Form von In-Mold-Coating dadurch erfolgen, dass nach dem Hinterspritzen zumindest in Teilbereichen der Vorderfläche des Spritzgussteils eine Zusatzkavität in der Spritzgussform eröffnet und ein (ggf. andersartiger, insbesondere bezüglich Oberflächeneigenschaften optimierter) polymerer Guss- oder Spritzgusswerkstoff in die Zusatzkavität eingebracht und so auf das Spritzgussteil aufgetragen wird, und nach der Aushärtung die Überzugsschicht bildet.
Das Spritzgussteil kann somit, zusätzlich oder alternativ insbesondere zu einer Dekorlage eine (weitere) schützende, beispielsweise transparent-kratzfeste und zudem nahtlose Überzugsschicht auf der Vorder- bzw. Sichtseite (A-Seite) erhalten. Auf diese Weise lassen sich z. B. optisch besonders ansprechende und gleichzeitig robuste, darüber hinaus langlebige sowie haptisch vorteilhafte, ggf. 3D-geformte multifunktionale Spritzgussteile mit integriertem Schaltungsträger erzeugen, beispielsweise als Bedienkonsolen mit integrierter Touchsensorik, die gleichzeitig mit optisch hochwertigen gedruckten oder echten Dekoren wie z. B. Carbongeweben, Textilstoffen oder Holzfurnieren ausgestattet werden können.
Die dergestalt erzeugte nahtlose Überzugsschicht schützt den enthaltenen Schaltungsträger (einschließlich einer etwaigen Dekorlage), sowie die enthaltenen sensorischen oder sonstigen elektronischen Funktionen vor Schmutz, Feuchtigkeit und anderen äußeren Einflüssen. Dergestalt hergestellte Bedienkonsolen mit kapazitiver Sensorik lassen sich dank des erfindungsgemäßen Verfahrens deutlich dünner und leichter als aus dem Stand der Technik bekannte Bedienkonsolen ausführen. Hierdurch sowie durch die 3D-Verformbarkeit eignen sich das erfindungsgemäße Verfahren sowie die damit erzeugten multifunktionale Spritzgussteile besonders gut für schwierige Einbausituationen, für flache Geräte, oder für innovative Bedienkonsolen z. B. in Fahrzeugen.
Falls die entsprechenden Schichten des Spritzgussteils zumindest bereichsweise transparent ausgeführt werden, so kann das multifunktionale Spritzgussteil auf diese Weise als zusätzliche Funktionalität beispielsweise auch die Fähigkeit zur Informationsausgabe erhalten, indem optische Bauteile wie beispielsweise LED's auf die Schaltungsträgerfolie bestückt und somit in das multifunktionale Spritzgussteil integriert werden. Hierbei kann als Material auch für die Hinterspritzung bzw. Vorspritzung ein transparentes Material gewählt werden, welches entsprechend anspruchsvolle optische Signalausgabe beispielsweise mittels integrierter LED-Bauteile erlaubt.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass bereits vor dem Umformen in Verfahrensschritt a) der endgültige Zuschnitt der Schaltungsträgerfolie, bzw. ggf. des Folienlaminats aus Schaltungsträgerfolie und Haftvermittlerfolie, erfolgt. Auf diese Weise kann praktisch die gesamte Herstellung des Schaltungsträgers im Vorfeld der Einbettung in das multifunktionale Spritzgussteil im flachen Zustand ”im Blatt” bzw. im Rolle-zu-Rolle-Verfahren erfolgen. Die Umformung (und nachfolgende Hinterspritzung) erfolgt somit erst nach Abschluss aller vorheriger, im flachen Zustand des Schaltungsträgers vorgenommener Prozessschritte des Zuschneidens (und Laminierens). Hierdurch erhöht sich die Prozesssicherheit und -stabilität sowie die Geschwindigkeit bei der vorbereitenden Bearbeitung des Schaltungsträgers, zudem werden Herstellungskosten und Bauteilausschuss reduziert.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind durch die Formgebung der Hinterspritzung des Schaltungsträger-Zungenabschnitts (also durch die Formgebung der Hinterspritzung im Bereich des Steckverbinders) nichtelektrische Funktionselemente gebildet, insbesondere mechanische Verriegelungs- oder Stecker-Montagestrukturen. Diese Ausführungsform bedeutet mit anderen Worten, dass die Hinterspritzung im Bereich des Schaltungsträger-Zungenabschnitts bereits im Arbeitsschritt des Hinterspritzens als komplettes Steckerelement einschließlich beispielsweise Stecker-Linearführung- und mechanischer Stecker-Verriegelungsstrukturen ausgebildet wird. Es wird somit ohne Nacharbeit ein multifunktionales Spritzgussteil mit integriertem Steckverbinder erhalten, bei dem der Steckverbinder bereits die für eine robuste, insbesondere rüttelfeste Steckverbindung erforderlichen mechanischen Verriegelungsstrukturen aufweist.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen hinterspritzten Schaltungsträger mit integriertem Steckverbinder wie auch bereits im Vorstehenden beschrieben. Der Schaltungsträger umfasst eine Schaltungsträgerfolie mit Leiterbahnen sowie zumindest einen einstückig mit der Schaltungsträgerfolie ausgebildeten Schaltungsträgerfolien-Zungenabschnitt zum elektrischen Anschluss des Schaltungsträgers beispielsweise an eine separate Stromversorgung oder an eine elektronische Platine. Erfindungsgemäß zeichnet sich der Schaltungsträger dadurch aus, dass zumindest Teilbereiche des Zungenabschnitts zusammen mit an den Zungenabschnitt angrenzenden zumindest Teilbereichen des Schaltungsträgers auf der leiterbahnabgewandten Oberflächenseite des Schaltungsträgers einstückig hinterspritzt sind und somit einen einstückig mit dem hinterspritzten Schaltungsträger ausgebildeten Steckverbinder bilden.
Der erfindungsgemäße, hinterspritzte Schaltungsträger mit Steckverbinder ist vorteilhaft gegenüber dem eingangs geschilderten Stand der Technik insofern, als der hinterspritzte Schaltungsträger keine mechanisch empfindliche, bezüglich ihrer Winkelposition nicht definierte Schaltungsträger-Anschlussfahne, sondern stattdessen einen angeformten, starren und stabilen Stecker aufweist, ohne hierzu jedoch die Einstückigkeit des Schaltungsträgers, der Leiterbahnen und des Steckverbinders aufgeben zu müssen. Weiterhin ist bei dem erfindungsgemäßen Schaltungsträger die Art und Stärke des Folienmaterials für die Schaltungsträgerfolie im Gegensatz zum Stand der Technik frei wählbar. Anstatt nur einer empfindlichen Anschlussfahne wie beim Stand der Technik kann der Schaltungsträger einen vollwertigen Steckverbinder mit weitgehend frei gestaltbarer Geometrie, auch in 3D, umfassen. Auch kann die unmittelbare ebenso wie die weitere Bauteilumgebung des Steckverbinders 2D- oder 3D-freigeformt sein.
Der erfindungsgemäße, hinterspritzte Schaltungsträger stellt somit ein Spritzgussteil mit einstückig integriertem, mechanisch robustem Steckverbinder dar und kann ohne Notwendigkeit zu weiterer Nacharbeit im Spritzguss erzeugt werden, wobei der so erzeugte Schaltungsträger sich aufgrund der definierten Form und Lage des integrierten Steckverbinders insbesondere auch zur vollautomatischen Bauteilprüfung und anschließenden automatischen Montage eignet.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand lediglich Ausführungsbeispiele darstellender Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt
1 in schematischer Schnittdarstellung die Schichtabfolge eines Schaltungsträgers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 in schematischer Schnittdarstellung den Schichtenaufbau des Schaltungsträgers gemäß 1 nach dem Verbinden der einzelnen Schichten zu einem Laminat sowie nach einem Zuschnitt;
3 in schematischer Schnittdarstellung den Schaltungsträger gemäß 1 und 2 nach dem Umformen zumindest im Bereich des Zungenabschnitts;
4 in schematischer Schnittdarstellung den umgeformten Schaltungsträger gemäß 3 nach dem Vorspritzen;
5 nochmals den Schaltungsträger gemäß 4, mit Ausschnittsmarkierung für 6;
6 in einer perspektivischen Darstellung den Schaltungsträger gemäß 4 und 5;
7 in einer 1 entsprechenden Darstellung die Schichtabfolge eines erfindungsgemäßen Schaltungsträgers mit doppelseitiger Leiterbahn;
8 in einer 2 entsprechenden Darstellung den Schichtenaufbau des Schaltungsträgers gemäß 7 nach dem Verbinden der einzelnen Schichten zu einem Laminat sowie nach Ausschnitt des Zungenabschnitts;
9 in einer 3 entsprechenden Darstellung den Schaltungsträger gemäß 7 und 8 nach dem Umformen zumindest im Bereich des Zungenabschnitts;
10 in einer 4 entsprechenden Darstellung den umgeformten Schaltungsträger gemäß 9 nach dem Vorspritzen;
11 in einer 1 und 7 entsprechenden Darstellung die Schichtabfolge eines erfindungsgemäßen Schaltungsträgers mit integrierter Dekorlage;
12 in einer 2 und 8 entsprechenden Darstellung den Schichtenaufbau des Schaltungsträgers gemäß 7 nach dem Verbinden der einzelnen Schichten zu einem Laminat sowie nach Ausschnitt des Zungenabschnitts;
13 in einer 3 und 9 entsprechenden Darstellung den Schaltungsträger gemäß 11 und 12 nach dem Umformen zumindest im Bereich des Zungenabschnitts;
14 in einer 4 und 10 entsprechenden Darstellung den umgeformten Schaltungsträger gemäß 13 nach dem Hinterspritzen und mit zusätzlicher Überzugsschicht;
15 in einer 1, 7 und 11 entsprechenden Darstellung die Schichtabfolge eines erfindungsgemäßen Schaltungsträgers mit integrierter Dekorlage und doppelseitiger Leiterbahn;
16 in einer 2, 8 und 12 entsprechenden Darstellung den Schichtenaufbau des Schaltungsträgers gemäß 7 nach dem Verbinden der einzelnen Schichten zu einem Laminat sowie nach Zuschnitt des Zungenabschnitts;
17 in einer 3, 9 und 13 entsprechenden Darstellung den Schaltungsträger gemäß 15 und 16 nach dem Umformen zumindest im Bereich des Zungenabschnitts; und
18 in einer 4, 10 und 14 entsprechenden Darstellung den umgeformten Schaltungsträger gemäß 17 nach dem Hinterspritzen.
Bei allen Figuren und allen dargestellten Ausführungsformen ist zu beachten, dass die Schichtdicken gemäß der Zeichnungsdarstellung nicht maßstabsgerecht sind, weder gegenüber der jeweiligen Gesamtfigur, noch gegenüber den Schichtdicken anderer Schichten. Einige oder alle Schichtdicken, besonders jedoch die Schichtdicken der Leiterbahnen 3, 3' sind in allen Figuren stark vergrößert dargestellt.
1 zeigt schematisch die Schichtabfolge für eine Ausführungsform eines multifunktionalen Spritzgussteils gemäß der vorliegenden Erfindung. Man erkennt in 1 zeichnungsbezogen mittig (weiß) eine Schaltungsträgerfolie 1, darunter (schwarz) eine hier als Folie ausgebildete Haftvermittlerschicht 2, die – zusätzlich zu einer stützenden Versteifung des der Schaltungsträgerfolie 3 – beim späteren Vorspritzen zur stoffschlüssigen Anbindung an den zum Vorspritzen gewählten, vorzugsweise thermoplastischen Spritzgusswerkstoff dient. Zu diesem Zweck besteht die Haftvermittlerfolie 2 bevorzugt aus Thermoplast, beispielsweise aus ABS, PC, ABS/PC, PP und APET o. dgl. mit einer bevorzugten Dicke im Bereich von 150 μm bis 500 μm.
Vorzugsweise richtet sich das Material der thermoplastischen Haftvermittlerfolie 2 nach dem später in der Weiterverarbeitung, insbesondere im Spritzguss verwendeten Material, mit welchem das Laminat aus Schaltungsträgerfolie 1 und Haftvermittlerschicht 2 hinterspritzt bzw. vorgespritzt werden soll. In diesem Fall muss die Materialpaarung von Haftvermittlerfolie und Spritzgussmaterial kompatibel zueinander sein, um eine ausreichende Haftung zwischen Spritzgussmaterial und Haftvermittlerfolie 2 zu gewährleisten. Die Dicke der Haftvermittlerfolie 2 beträgt vorzugsweise 200 μm bis 500 μm, besonders bevorzugt 350 μm bis 500 μm. Mit dieser Schichtdicke wird eine ausreichende Eigensteifigkeit der Geometrie des erfindungsgemäßen Schaltungsträgers nach dem späteren Umformen sowie vor einem etwaigen Hinterspritzen sichergestellt, bei gleichzeitig genügender Umformbarkeit.
Als Schaltungsträgerfolie 1 wird bevorzugt eine Polyesterfolie verwendet, besonders bevorzugt in den Varianten PET oder PEN, die eine bevorzugte Dicke im Bereich von 12 μm bis 50 μm aufweist. Besonders geeignet ist das Material PEN aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften (Temperaturstabilität, geringer Schrumpf, geringe Wasseraufnahme), die für die Weiterverarbeitung von Vorteil sind. Auf der Schaltungsträgerfolie 1 befinden sich bevorzugt bereits vor dem Laminieren bzw. Verkleben mit der Haftvermittlerfolie 2 Leiterbahnen 3 mit dem vorgesehenen Leiterbahnbild. Das Leiterbahnbild wird beispielsweise mittels eines Lift-Off-Verfahrens auf der Schaltungsträgerfolie 1 erzeugt, und als Material für die Leiterbahnen 3 wird bevorzugt Kupfer mit einem Oberflächenwiderstand von weniger als 30 mOhm/☐ eingesetzt.
Die Verbindung zwischen Schaltungsträgerfolie 1 und Haftvermittlerfolie 2 erfolgt bevorzugt mittels einer aufkaschierten Kleberschicht (nicht dargestellt) im flachen Zustand bzw. im Rolle-zu-Rolle-Verfahren, wodurch sich ein Laminat aus Schaltungsträgerfolie 1 mit Leiterbahnen 3 sowie Haftvermittlerfolie 2 gemäß 2 ergibt. Die Kleberschicht kann dabei insbesondere in Form von Klebefolien oder Klebefilmen, durch Beschichtung oder Bedruckung oder als flüssigdosierter (dispenster) Kleber vorliegen bzw. aufgetragen werden. Die bevorzugte Schichtdicke der Kleberschicht liegt bei Nasskaschierungen vorzugsweise im Bereich von 3–10 μm, bei Hotmelt-Kaschierung vorzugsweise im Bereich von 5–50 μm, und bei Klebefolien und Klebefilmen vorzugsweise im Bereich von 20–130 μm.
Das so erzeugte Laminat wird sodann, beispielsweise mittels Bandstahlschnitt in einer Tiegelstanze, vom Rollenformat in eine vorläufige Geometrie vereinzelt. Vorzugsweise erfolgt dabei gleichzeitig ein entsprechender Zuschnitt 4 des späteren Zungenabschnitts 5 (vgl. 3 und 6), so dass schließlich das fertig beschnittene und ausgeschnittene, flache Laminat gemäß 2 vorliegt.
Mittels eines in 3 nur angedeuteten Umformschritts wird das Laminat 1, 2, 3 anschließend in die gewünschte Geometrie und Form, dabei insbesondere auch 3D-Geometrie gebracht (letzteres nicht dargestellt), vorzugsweise mittels isostatischem Hochdruckumformen schlagartig in eine Form hinein unter Gasdruckbeaufschlagung oberhalb der Glastemperatur sowie unterhalb der Schmelztemperatur der Schaltungsträgerfolie 1 bei einer bevorzugten Umformtemperatur von 135°C bis 180°C und bei einem bevorzugten Umformdruck von 20 bar bis 155 bar, mit einer lokalen Dehnung bis zu 150% und Ziehtiefen bis 55 mm, bezogen auf ein Laminat aus Schaltungsträgerfolie 1 und Haftvermittlerfolie 2. Die Erfinder haben herausgefunden, dass auf diese Weise aufgrund von mikroskopischen Metallgittervorgängen, bei denen Streckmetall-ähnliche Strukturen der Leiterbahn 4 im molekularen Größenmaßstab auf der Schaltungsträgerfolie 3 entstehen, auch die Leiterbahnen 3 mit umgeformt werden können, einschließlich 3D-Umformung von Schaltungsträgerfolie 1 und Leiterbahnen 3, ohne dabei (makroskopische) Risse zu entwickeln, und ohne dass die Leitfähigkeit der Leiterbahnen 3 durch die 3D-Umformung nennenswert beeinträchtigt wird. In jedem Fall wird beim Umformen des Laminats gemäß 3 der zuvor mittels Schnitt 4 definierte Zungenabschnitt 5 so umgeformt bzw. umgebogen, dass der Zungenabschnitt 5 anschließend (im wesentlichen in einem mit dem späteren Stecker-Abgangswinkel übereinstimmenden Umformungswinkel) aus der Ebene des Laminats herausragt, beim Ausführungsbeispiel gemäß 3 in einem Winkel von ungefähr 90°.
Nachfolgend wird der so erzeugte und verformte, ggf. auch dreidimensional umgeformte Folieneinleger 1, 2, 3 in Form des beschnittenen und umgeformten Laminats aus Schaltungsträgerfolie 1 mit Leiterbahnen 3 sowie Haftvermittlerfolie 2 in die Kavität eines Spritzgusswerkzeugs eingelegt, und auf der den Leiterbahnen 3 gegenüberliegenden, der Haftvermittlerschicht 2 zugewandten Seite (hier auf der A-Seite, also auf der Sicht- bzw. Benutzerseite des späteren Bauteils) mit einem Thermoplastwerkstoff 6 an- bzw. vorgespritzt. Hierdurch wird das ohne weitere Nacharbeit fertige Spritzgussteil mit integriertem Schaltungsträger 1, 3 und mit integriertem Steckverbinder 9 gemäß 4 erhalten.
Als Variante kann in die Spritzgussform zusammen mit dem vorbereiteten Laminat bzw. Einleger 1, 2, 3, auf der gegenüberliegenden Seite der Spritzgussform (also zeichnungsbezogen unten bei A) noch eine Überzugsfolie (nicht dargestellt) eingelegt werden, so dass Einleger 1, 2, 3 und Überzugsfolie auf gegenüberliegenden Seiten der Spritzgussform zu liegen kommen Durch anschließendes Einbringen von Spritzgusswerkstoff zwischen Einleger 1, 2, 3 und Überzugsfolie (im Sinne von Film Insert Molding) lässt sich sodann ein Spritzgussteil 7 vergleichbar 4 erzeugen, welches auf der zeichnungsbezogenen Unterseite (also auf der späteren Benutzer- bzw. Sichtseite ”A”) zusätzlich eine schützende und/oder dekorative Überzugsfolie (nicht dargestellt) aufweist.
4 zeigt außerdem noch eine Schutzschicht 10, welche beispielsweise in Form von Schutzlack auf die Leiterbahnen 3, alternativ auf die gesamte B-seitige Oberfläche des Schaltungsträgers 1, 3 aufgetragen werden kann, um die freiliegenden Leiterbahnen 3 vor mechanischen oder Medieneinflüssen wie beispielsweise Oxidation zu schützen. Der Auftrag der Schutzschicht 10 kann noch im flachen Zustand des Laminats 1, 2, 3 bzw. des Schaltungsträgers 1, 3 erfolgen. Die Schutzschicht wird dabei vorzugsweise strukturiert aufgebracht (z. B. gedruckt), wobei die späteren Kontaktierungsflächen im Bereich des Zungenabschnitts 5 bzw. Steckverbinders 9 freigelassen werden. Alternativ kann die Schutzschicht 10 z. B. auch abschließend, das heißt nach Umformung und Hinterspritzung des Laminats 1, 2, 3 gemäß 4 aufgetragen werden, beispielsweise in Form einer Schutzlackierung.
In 5 ist das fertige Spritzgussteil 7 mit Schaltungsträger und Steckverbinder gemäß 4 nochmals dargestellt, und es ist mittels strichlierter Linie der Umgebungsbereich 8 des Steckverbinders 9 markiert, der mit dem in 6 gezeigten Bereich 8 des Spritzgussteils 7 gemäß 5 übereinstimmt.
6 zeigt den in 5 markierten Bereich 8 in einer schematischen, perspektivischen Darstellung. Man erkennt den Folien-Schaltungsträger 1 mit den darauf angeordneten, mittels Streifenmuster lediglich schematisch angedeuteten Leiterbahnen 3. Zur besseren Erkennbarkeit der Schichtabfolge von Hinterspritzung 6, Haftvermittlerfolie 2 und Schaltungsträgerfolie 1 ist der Schaltungsträger 1, 3 in 6 in einem umlaufenden Randbereich (siehe z. B. bei 2) kleiner ausgeschnitten gezeichnet als die Hinterspritzung 6 selbst. Ferner ist im Hinblick auf die Erkennbarkeit der Leiterbahnen 3 die Schutzschicht 10 (vgl. 4, 5 oder 10) in 6 nicht gezeichnet.
In 6 ferner ersichtlich ist die Hinterspritzung, bzw. bei diesem Ausführungsbeispiel Vorspritzung 6 der Schaltungsträgerfolie 1, einschließlich des Zungenabschnitts 5, welcher durch die Vorspritzung 6 zu einem vollwertigen, robusten Steckverbinder 9 wird, der sich insbesondere für die vollautomatische Bauteilprüfung und anschließende ebenfalls automatische Bauteilmontage, beispielsweise mit einer übergeordneten elektronischen Baugruppe eignet.
7 bis 10 entsprechen im Wesentlichen den 1 bis 4 mit dem Unterschied, dass die Ausführungsform gemäß 7 bis 10 eine Schaltungsträgerfolie 1 mit doppelseitiger Leiterbahn 3, 3' aufweist. Die doppelseitige Leiterbahn 3, 3' der Ausführungsform gemäß 7 bis 10 erlaubt beispielsweise eine rückseitige Bestückung der Leiterbahnen 3 (auf der B-Seite) mit Bauelementen, während die vorderseitigen Leiterbahnen 3' auf der A-Seite beispielsweise für Sensorikzwecke, insbesondere zum Einsatz als kapazitive Berührungssensoren eingesetzt werden können. Bei einer möglichen Variante können die vorderseitigen Leiterbahnen 3' ebenfalls mit Bauteilen bestückt sein, welche insbesondere im Vorfeld des Vorspritzens mit dem Spritzgusswerkstoff 6 auf dem Schaltungsträger 1, 3, 3' angeordnet werden können und somit beim Vorspritzen in den Spritzgusswerkstoff 6 eingebettet werden. Falls für den Spritzgusswerkstoff 6 bei dieser Variante ein zumindest teilweise transparenter Werkstoff verwendet wird, kann auf diese Weise auch eine optische Signalausgabe erfolgen, indem die vorderseitige Bestückung beispielsweise Leuchtdioden umfasst. Ansonsten sowie bezüglich der Abfolge der Herstellungsschritte entspricht die Ausführungsform gemäß 7 bis 10 weitestgehend der Ausführungsform gemäß 1 bis 6.
Die Ausführungsform gemäß 11 bis 14 besitzt wieder lediglich einseitig angeordnete Leiterbahnen 3', welche hier jedoch im Unterschied zur Ausführungsform gemäß 1 bis 6 vorderseitig, also auf der späteren Sicht- bzw. Nutzerseite A des Spritzgussteils 7 gemäß 14 angeordnet sind. Zudem umfasst bei der Ausführungsform gemäß 11 bis 14 bereits das Laminat gemäß 12 eine (optionale) zusätzliche Dekorlage 11, beispielsweise eine eingefärbte, dekorativ und/oder informativ bedruckte, oder auch beispielsweise als Textilbelag, Holzfurnier oder als anderer Dekorations- bzw. Oberflächenwerkstoff ausgebildete Schicht.
Da die hier vorhandene Dekorlage 11 die spätere Sicht- bzw. Nutzerseite A (zeichnungsbezogen unten) des Spritzgussteils 7 ohne Unterbrechung auch im Bereich des Steckverbinders 9 überdecken soll, muss der Zuschnitt der Laminatschichten 1, 2 (der bei der Ausführungsform gemäß 1 bis 4 im bereits laminierten Zustand gemäß 2 erfolgen kann) bei der Ausführungsform gemäß 11 bis 14 zumindest vor der Laminierung mit der Dekorlage 11 erfolgen, damit die Schaltungsträgerfolie 1 sowie die Haftvermittlerfolie 2 den zur Ausbildung des Zungenabschnitts 5 notwendigen Ausschnitt 4 erhalten können, ohne dass die Dekorlage 11 ebenfalls geschnitten wird.
Um den Zungenabschnitt 5 nach der Laminierung gemäß 12 der Schichten 1, 2 und 11 herauslösen und umformen bzw. gemäß 13 umbiegen zu können, wird zudem beim Laminieren bzw. Verkleben der Schichten 1, 2 und 11 die Dekorlage 11 im Flächenbereich 12 des Zungenabschnitts 5 von der Verklebung ausgespart. Dies ist in 12 durch die durchgezogene Linie im Flächenbereich 12 des Zungenabschnitts zwischen der Dekorlage 11 und der darüberliegenden Schaltungsträgerfolie 1 (mit Leiterbahn 3') symbolisiert; mit anderen Worten, im Bereich der durchgezogenen Linie bei 12 gemäß 12 erfolgt kein Kleberauftrag bzw. keine Verbindung zwischen Dekorlage 11 und Schaltungsträgerfolie 1/Leiterbahn 3'.
Dies ermöglicht, dass der Zungenabschnitt 5 gemäß 13 aus dem Laminat 1, 2, 11 herausgelöst und umgeformt bzw. umgebogen werden kann, während die Dekorlage 11 gleichzeitig ohne Unterbrechung auch den Flächenbereich 12 des Zungenabschnitts 5 überdeckt.
Nach der Herauslösung des Zungenabschnitts 5 gemäß 13 erfolgt bei der Ausführungsform gemäß 11 bis 14 (im Unterschied zum Vorspritzen bei den Ausführungsformen gemäß 1 bis 10) ein rückseitiges Hinterspritzen mit Thermoplastwerkstoff 6', wie in 14 gezeigt. Auf diese Weise wird auch ermöglicht, dass die Leiterbahn 3' im Bereich des umgebogenen Zungenabschnitts 5 wieder an der freien, nicht mit Thermoplastwerkstoff 6' abgedecken Seite des Steckverbinders 9 zu liegen kommt, und dementsprechend durch eine mit dem Steckverbinder 9 korrespondierende Buchse (nicht dargestellt) kontaktiert werden kann.
Die Ausführungsform gemäß 11 bis 14 weist hier zusätzlich zu der Dekorlage 11 noch eine (optionale) vorgelagerte, insbesondere schützende und/oder dekorative Überzugsschicht 13, beispielsweise ein hochglänzendes Hardcoat auf. Die Überzugsschicht 13 wird bei der dargestellten Ausführungsform erst nach dem Hinterspritzen mit Thermoplastwerkstoff 6' aufgebracht. Dies erfolgt beispielsweise durch In-Mold-Coating, indem das Spritzgussteil 7 nach dem Hinterspritzen zunächst im Spritzgusswerkzeug verbleibt, wonach durch entsprechende Werkzeugbewegung eine Zusatzkavität im Spritzgusswerkzeug eröffnet wird, deren Größe der zu erstellenden Überzugsschicht 13 entspricht, und wonach die Zusatzkavität mit dem flüssigen Werkstoff der Überzugsschicht 13, beispielsweise mit glasklar aushärtendem Polyurethan, geflutet wird. Nach der Aushärtung der so erzeugten Überzugsschicht 13 in der Zusatzkavität des Spritzgusswerkzeugs kann das fertige Spritzgussteil 7 sodann aus der Werkzeugform entnommen werden.
Die Überzugsschicht 13 gemäß 14 kann bei einer weiteren (nicht in den Figuren dargestellten) Variante eines erfindungsgemäßen Spritzgussteils auch unmittelbar auf die nutzerseitige (zeichnungsbezogen untenliegende) Oberfläche auf der A-Seite der hinterspritzten Schaltungsträgerfolie 1 aufgetragen werden, ohne dass zwischen Schaltungsträgerfolie 1 und Überzugsschicht 13 eine Dekorlage 11 angeordnet wird. Hierzu ist (beispielsweise bei der Ausführungsform gemäß 11 bis 14) von Beginn an die Dekorlage 11 wegzulassen.
Das Ausführungsbeispiel gemäß 15 bis 18 entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel gemäß 11 bis 14, jedoch zunächst wieder mit dem Unterschied, dass die Ausführungsform gemäß 15 bis 18 (wie beim Ausführungsbeispiel gemäß 7 bis 10) wieder eine Schaltungsträgerfolie 1 mit doppelseitiger Leiterbahn 3, 3' aufweist. Die doppelseitige Leiterbahn 3, 3' der Ausführungsform gemäß 15 bis 18 erlaubt wieder beispielsweise eine Bestückung der rückseitigen Leiterbahnen 3 mit Bauelementen, während die vorderseitigen Leiterbahnen 3' beispielsweise wieder für Sensorikzwecke, insbesondere zum Einsatz als kapazitive Berührungssensoren eingesetzt werden können. Falls bei der Ausführungsform gemäß 15 bis 18 eine Bestückung der rückseitigen (B-seitigen) Leiterbahnen 3 vorgesehen ist, so kann diese insbesondere vor dem Hinterspritzen mit dem Spritzgusswerkstoff 6' erfolgen, so dass die Bauteile beim anschließenden Hinterspritzen in den Spritzgusswerkstoff 6 eingebettet werden. In diesem Fall wird die Haftvermittlerschicht 2 in den späteren Bereichen der Bauteile bei ihrer Erstellung entsprechend ausgenommen.
Zudem ist bei der Ausführungsform gemäß 15 bis 18, im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 11 bis 14, die zusätzliche Überzugsschicht 13 gemäß 14 weggelassen. Stattdessen bildet gemäß 18 die Dekorlage 11 hier selbst die Nutzer- bzw. Sichtoberfläche auf der Seite A (zeichnungsbezogen unten) des Bauteils.
An dieser Stelle sei nochmals vermerkt, dass in den Figuren insbesondere die Leiterbahnen 3, 3' eine stark übermaßstäblich gezeichnete Dicke aufweisen. Am realen Bauteil können beispielsweise die Dekorlage 11 und die Haftvermittlerfolie 2 einen um einen Faktor 100 bis 1000 größere Dicke aufweisen als die Leiterbahnen 3, 3'. Aufgrunddessen ist eine mechanische, optische oder haptische Beeinträchtigung der Oberflächenschicht (beispielsweise der Dekorlage 11 gemäß 18) durch die Leiterbahnen 3' ausgeschlossen.
Im Ergebnis wird ersichtlich, dass sich dank der Erfindung einstückige, einbaufertige, multifunktionale Spritzgussteile mit integriertem Steckverbinder und mit integrierten Leiterbahnen beispielsweise zur Realisierung einer kapazitiven Sensorik erzeugen lassen, die zudem 3D-freigeformt und/oder betriebsbereit mit Bauteilen bestückt sein können, und die sowohl eine dekorative Sichtoberfläche, beispielsweise Carbon-, Textil- oder Holzdekor, als auch eine strapazierfähige, kratzfeste, schützende und/oder hochglänzende Überzugsschicht aufweisen können.
Dank des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie dank des erfindungsgemäßen multifunktionalen Spritzgussteils lassen sich umfangreiche neue Anwendungsfelder beispielsweise für integrierte multifunktionale Bedienkonsolen, mit entscheidenden Vorteilen bezüglich Herstellungs- und Montagekosten, Handhabung, Integration sowie Robustheit. Nutzerfreundlichkeit und Design erschließen.
Bezugszeichenliste

1: Schaltungsträgerfolie
2: Haftvermittlerfolie
3, 3': Leiterbahn
4: Schnitt, Stanzung
5: Zungenabschnitt
6, 6': Vorspritzung, Hinterspritzung
7: Spritzgussteil
8: Steckverbinder-Umgebungsbereich
9: Integrierter Steckverbinder
10: Schutzschicht, Schutzlack
11: Dekorlage
12: Flächenbereich
13: Überzugsschicht
A: Sichtseite, Sichtoberfläche, Nutzerseite
B: Rückseite

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 2012/170716 A2 [0003]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines multifunktionalen Spritzgussteils (7) mit Schaltungsträger (1, 3) und integriertem Steckverbinder (9), der Schaltungsträger (1, 3) umfassend eine Schaltungsträgerfolie (1) mit zumindest einem einstückig mit der Schaltungsträgerfolie (1) ausgebildeten Schaltungsträgerfolien-Zungenabschnitt (5), wobei die Schaltungsträgerfolie (1) auf zumindest einer ihrer Oberflächen zumindest in einem den Zungenabschnitt (5) umfassenden Umgebungsbereich (8) zumindest eine elektrisch leitfähige Leiterbahn (3) aufweist, mit den folgenden Verfahrensschritten a. Umformen des Schaltungsträgers (1, 3) zumindest im Umgebungsbereich (8) des Zungenabschnitts (5) dergestalt, dass zumindest Teilbereiche des umgeformten Zungenabschnitts (5) mit der umgebenden Fläche des Schaltungsträgers (1, 3) einen spitzen oder rechten Winkel einschließen; b. Einlegen des Schaltungsträgers (1, 3) einschließlich Zungenabschnitt (5) in eine Gussform, insbesondere Spritzgussform; c. Einstückiges Hinterspritzen zumindest des den Zungenabschnitt (5) umfassenden Umgebungsbereichs (8) des Schaltungsträgers (1, 3) einschließlich des Zungenabschnitts (5) mit einem polymeren Gusswerkstoff (6), insbesondere Spritzgusswerkstoff; d. Entformen der einstückigen Einheit aus erstarrtem Gusswerkstoff (6), Schaltungsträger (1, 3) und Zungenabschnitt (5).
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt a) ein Umformen auch von weiteren zumindest Teilbereichen des Schaltungsträgers (1, 3) erfolgt.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformen von zumindest Teilbereichen des Schaltungsträgers (1, 3) ein 3D- bzw. Freiform-Umformen ist.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Umformen in Verfahrensschritt a) auf der zu hinterspritzenden Oberflächenseite des Schaltungsträgers (1, 3) ein Beschichten zumindest von Teilbereichen der Schaltungsträgerfolie (1) einschließlich zumindest von Teilbereichen der Schaltungsträgerfolie (1) im Zungenabschnitt (5) mit einer Haftvermittlerschicht (2) erfolgt.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlerschicht folienförmig als Haftvermittlerfolie (2) ausgebildet ist, wobei das Beschichten der Schaltungsträgerfolie (1) mit der Haftvermittlerschicht (2) durch Lamination von Schaltungsträgerfolie (1) und Haftvermittlerfolie (2) zu einem Folienlaminat erfolgt.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsträger (1, 3) im Vorfeld von Verfahrensschritt a) oder b) auf einer oder beiden Oberflächenseiten mit elektronischen und/oder elektrischen Bauteilen bestückt wird.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine elektrisch leitfähige Leiterbahn (3) auf der steckverbinderzugewandten Oberflächenseite der Schaltungsträgerfolie (1) angeordnet ist, wobei der Schaltungsträger (1, 3) in Verfahrensschritt c) auf der steckverbinderabgewandten Oberflächenseite (A-Seite) zumindest in Teilbereichen hinterspritzt wird.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine elektrisch leitfähige Leiterbahn (3) auf der steckverbinderabgewandten Oberflächenseite der Schaltungsträgerfolie (1) angeordnet ist, wobei der Schaltungsträger (1, 3) in Verfahrensschritt c) auf der steckverbinderzugewandten Oberflächenseite (B-Seite) zumindest in Teilbereichen hinterspritzt wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass beim Hinterspritzen in Verfahrensschritt c) gleichzeitig eine schützende und/oder dekorative Überzugsfolie mit hinterspritzt wird, wobei Schaltungsträger (1, 3) und Überzugsfolie auf gegenüberliegenden Seiten der Spritzgussform angeordnet sind und wobei Spritzgusswerkstoff (6) zwischen Schaltungsträger (1, 3) und Überzugsfolie eingebracht wird.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Ausbildung des Schaltungsträger-Zungenabschnitts (5) und vor dem Umformen in Verfahrensschritt a) gegenüber der zu hinterspritzenden Oberflächenseite des Schaltungsträgers (1, 3) ein Kaschieren der Schaltungsträgerfolie (1) einschließlich des Flächenbereichs (12) des Zungenabschnitts (5) mit einer Dekorlage (11) erfolgt, wobei der Flächenbereich (12) des Zungenabschnitts (5) nicht mit der Dekorlage (11) verklebt wird.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Hinterspritzen in Verfahrensschritt c) in einem weiteren Verfahrensschritt eine schützende und/oder dekorative Überzugsschicht (13) auf der steckverbinderabgewandten Oberflächenseite (A-Seite) des Spritzgussteils (7) aufgetragen wird, indem zumindest in Teilbereichen der Vorderfläche des Spritzgussteils (7) eine Zusatzkavität im Spritzgusswerkzeug eröffnet und ein polymerer Guss- oder Spritzgusswerkstoff (13) in die Zusatzkavität eingebracht wird.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Umformen in Verfahrensschritt a) ein Zuschnitt der Schaltungsträgerfolie (1) bzw. des Folienlaminats (1, 3) erfolgt.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Formgebung der Hinterspritzung (6) des Schaltungsträger-Zungenabschnitts (5) nichtelektrische Funktionselemente gebildet sind, insbesondere mechanische Verriegelungs- oder Montagestrukturen.
Hinterspritzter Schaltungsträger (1, 3) mit integriertem Steckverbinder (9), umfassend eine Schaltungsträgerfolie (1) mit zumindest einer Leiterbahn (3) sowie zumindest einen einstückig mit der Schaltungsträgerfolie (1) ausgebildeten Schaltungsträgerfolien-Zungenabschnitt (5) mit Leiterbahn (3) zum elektrischen Anschluss des hinterspritzten Schaltungsträgers (1, 3), wobei der Zungenabschnitt (5) mit der den Zungenabschnitt (5) umgebenden Fläche des Schaltungsträgers (1, 3) einen spitzen oder rechten Winkel einschließt, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein den Zungenabschnitt (5) umfassender Umgebungsbereich (8) des Schaltungsträgers (1, 3) einschließlich des Zungenabschnitts (5) auf der leiterbahnabgewandten Oberflächenseite von Schaltungsträger (1, 3) und Zungenabschnitt (5) einstückig hinterspritzt (6) ist.