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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spritzgussmaterial zum Spitzgießen eines direkt mittels Laser strukturierbaren spritzgegossenen Schaltungsträgers mit einem Kunststoffmaterial, das Zusatzpartikel, die ein Additiv aufweisen, enthält. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen spritzgegossenen Schaltungsträger mit einem spritzgegossenen Grundkörper und einer an den Grundkörper angrenzenden, durchgängigen Leitungsschicht. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines spritzgegossenen Schaltungsträgers, wobei eine Oberfläche eines Grundkörpers des Schaltungsträgers mit einem Laser direkt strukturiert und dabei ein im Grundkörper enthaltenes Additiv freigelegt wird.
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Stand der Technik
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Spritzgussmaterialien, spritzgegossene Schaltungsträger und Verfahren zur Herstellung spritzgegossener Schaltungsträger sind allgemein bekannt. Auf die bei der Herstellung des Schaltungsträgers freigelegten Additive wird eine Leitungsschicht aufgebracht, wobei diese Leitungsschicht beispielsweise nasschemisch auf den freigelegten Additiven erzeugt wird. Eine derartige Erzeugung der Leitungsschicht ist jedoch aufwendig herzustellen. Darüber hinaus kann der nasschemische Galvanikprozess den Kunststoff des Grundkörpers chemisch ungewünscht verändern, und galvanische Begleitstoffe können den Grundkörper kontaminieren. Die bisherigen spritzgegossenen Schaltungsträger sind also nur mit großem Aufwand herstellbar.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Spritzgussmaterial der eingangs genannten Art zur Verfügung gestellt, wobei der Schmelzpunkt des Additivs in einem mit der Laserstrukturierung erreichbaren Temperaturbereich liegt. Darüber hinaus wird ein spritzgegossener Schaltungsträger der eingangs erfindungsgemäß genannten Art bereitgestellt, wobei der Grundkörper mit einem erfindungsgemäßen Spritzgussmaterial hergestellt ist. Ferner wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung eines spritzgegossenen Schaltungsträgers der eingangs genannten Art zur Verfügung gestellt, wobei das Additiv durch die Laserdirektstrukturierung aufgeschmolzen wird.
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Vorteile der Erfindung
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Dadurch, dass der Schmelzpunkt des Additivs so gewählt ist, dass bei der Laserstrukturierung freigelegtes Additiv aufschmilzt, kann das Additivmaterial zerfließen und somit eine größere Oberfläche des Grundkörpers bedecken. Eine nasschemische Erzeugung einer geschlossenen Leitungsschicht wird hierdurch zumindest vereinfacht, da der Abstand zwischen den zerlaufenen Additiven geringer ist, als wenn die Additive während der Laserbehandlung nicht oder nur geringfügig aufgeschmolzen werden. Auch ist die Form der zerflossenen Additive flacher als bei unaufgeschmolzenen Additiven, sodass sich eine zu beschichtende Oberfläche der zerflossenen Additive im Wesentlichen parallel zum Grundkörper beziehungsweise zu darauf womöglich aufzubringenden Schichten erstreckt. Hierdurch lassen sich weitere Schichten einfacher aufbringen. Folglich braucht der Grundkörper nicht mehr so lange wie bisher per nasschemischer Galvanik behandelt zu werden, sodass ungewünschte Begleiterscheinungen der nasschemischen Galvanik zumindest vermindert auftreten.
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Die erfindungsgemäße Lösung kann durch verschiedene, jeweils für sich vorteilhafte und, sofern nicht anders ausgeführt, beliebig miteinander kombinierbare Ausgestaltungen weiter verbessert werden. Auf diese Ausgestaltungsformen und die mit ihnen verbundenen Vorteile ist im Folgenden eingegangen.
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So kann die durchgängige Leitungsschicht aus dem Additiv hergestellt sein. Ist die durchgängige Leitungsschicht aus dem Additiv hergestellt, so ist eine nasschemisch galvanische Herstellung der durchgängigen Leitungsschicht nicht mehr notwendig, wodurch sich die Herstellung des spritzgegossenen Schaltungsträgers stark vereinfacht.
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Um die durchgängige Leitungsschicht aus dem Additiv herzustellen, kann das aufgeschmolzene Additiv zusammenfließen und so die durchgängige Leitungsschicht bilden. Die durchgängige Leitungsschicht kann also während der Laserstrukturierung ohne weitere Prozessschritte direkt erzeugt werden, ohne dass nasschemisch galvanische Prozesse oder eine vorherige Beschichtung des Grundkörpers notwendig sind.
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Damit das Additiv durch die Laserdirektstrukturierung aufgeschmolzen werden kann, liegt der Schmelzpunkt des Additivs vorzugsweise unterhalb von 250 ºC. Insbesondere kann der Schmelzpunkt des Additivs im Bereich von 200 ºC, beispielsweise zwischen 175 ºC und 225 ºC liegen. Ein bei derartigen Temperaturen schmelzendes Additiv kann während der Laserdirektstrukturierung ohne Weiteres durch die Laserstrahlung aufgeschmolzen werden, ohne dass der Grundkörper durch hohe Laserenergien ungewünscht beeinträchtigt oder sogar beschädigt wird. Bekannte Hochtemperaturkunststoffe können einen Schmelzpunkt von beispielsweise 250 ºC aufweisen. Die Laserstrukturierung ist bevorzugt so angepasst, dass zwar das Additiv, nicht jedoch das Material, aus dem der womöglich aus Kunststoff hergestellte Grundkörper gefertigt ist, bei der Laserbestrahlung schmilzt.
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Beispielsweise enthält das Additiv ein Weichlot oder ist sogar ein Weichlot. Zum Beispiel hat sogenanntes Zinn- oder Sickerlot einen Schmelzpunkt von 183 ºC. Um ein Zerfließen des aufgeschmolzenen Additivs zu begünstigen, kann das Additiv ein Flussmittel aufweisen.
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Der Grundkörper des spritzgegossenen Schaltungsträgers kann eine Vielzahl an mit dem Additiv gefüllten Hohlräumen aufweisen, deren Abstand zueinander und deren Volumen so bemessen sind, dass das Additiv benachbarter Hohlräume in seinem flüssigen Zustand zusammenfließt, wenn das Kunststoffmaterial um die benachbarten Hohlräume zumindest teilweise entfernt wurde. Der Abstand der Hohlräume zueinander lässt sich ohne Weiteres durch eine Änderung der Dichte, die räumliche Verteilung und/oder die Größenverteilung der Zusatzpartikel im Spritzgussmaterial beeinflussen. Da der Abstand der Zusatzpartikel innerhalb der vom Kunststoffmaterial gebildeten Materialmatrix schwanken kann, ist der Abstand vorzugsweise ein mittlerer Abstand der Hohlräume zueinander. Auch das Volumen der Hohlräume kann schwanken, sodass das Volumen vorzugsweise das mittlere Volumen einer Vielzahl von Hohlräumen ist. Wird das Additiv als Pulver oder Granulat bereitgestellt, so entspricht das Volumen der Hohlräume der Größe der Additivpartikel im Pulver oder Granulat. Die Additivpartikel können mit einem Mantel beschichtet sein und zusammen mit dem Mantel die Zusatzpartikel ausformen. Die Additivpartikel können mit dem oder alternativ ohne den Mantel ohne Weiteres dem Kunststoffmaterial zugeführt werden. Das Spritzgussmaterial ist vorzugsweise als ein Granulat bereitgestellt, das direkt in einer Spritzgussmaschine verwendet werden kann.
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Der optionale Mantel ist bevorzugt ausgebildet, um bei Spritz- oder Stranggussverfahren herrschenden Bedingungen, etwa Temperaturen oder Drücke, zu widerstehen. Der optionale Mantel kann ein Kunststoffmantel sein, der einen höheren Schmelzpunkt hat, als das Kunststoffmaterial aufweist. Alternativ kann der optionale Mantel aus dem gleichen Material wie das Kunststoffmaterial gefertigt sein oder zumindest einen vergleichbaren Schmelzpunkt wie das Kunststoffmaterial haben.
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Bei der Laserdirektstrukturierung wird zumindest oberflächlich ein Teil des Kunststoffmaterials mithilfe eines Laserstrahls abgetragen, um in gewünschten Bereichen des Grundkörpers das Additiv freizulegen. Auch der die Hohlräume optional umschließende Mantel wird vorzugsweise durch die Laserdirektstrukturierung aufgebrochen und beispielsweise entfernt, um das Additiv freizulegen. Das freigelegte und verflüssigte Additiv kann somit ohne Weiteres zerfließen. Dabei wird das Additiv vorzugsweise in einem Bereich zwischen 25 % und 75 % des Durchmessers der jeweiligen Hohlräume durch die Laserdirektstrukturierung entfernt. Das Additiv kann sogar vollständig durch die Laserdirektstrukturierung freigelegt werden. Bleibt das Additiv jedoch zumindest teilweise und beispielsweise zwischen 25 % und 75 %, insbesondere zu 50 %, im Kunststoffmaterial eingebettet, so ist das aufgeschmolzene und anschließend verfestigte Additiv innerhalb der durch das Kunststoffmaterial gebildeten Vertiefung mechanisch verankert, sodass insbesondere die durch das Additiv hergestellte Leitungsschicht mechanisch gut am Grundkörper haftet. Zusammen mit dem Additiv kann auch ein nicht abgetragener Teil des optionalen Mantels mechanisch im Kunststoffmaterial verankert sein.
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Insbesondere wird durch die Laserdirektbestrahlung zumindest ein Teil eines Schaltungslayouts auf dem Schaltungsträger ausgebildet. Das Schaltungslayout kann zumindest abschnittsweise durchgängig ausgebildet sein und aus der durchgängigen Leitungsschicht bestehen. Ferner kann das Schaltungslayout weitere durchgängige Leitungsschichten aufweisen, die mit der wenigstens einen durchgängigen Leitungsschicht elektrisch leitfähig verbunden oder von dieser beabstandet, also elektrisch getrennt, angeordnet sind.
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Zur mechanischen Verstärkung und/oder um die Oberfläche der durch das Additiv hergestellten durchgängigen Leitungsschicht anzupassen, können direkt auf die durchgängige Leitungsschicht weitere Leitungsschichten aufgebracht werden. Diese weiteren Leitungsschichten brauchen nicht chemisch-galvanisch aufgebracht zu werden. Vielmehr kann es ausreichen, diese Schichten elektrochemisch oder durch andere Verfahren aufzubringen.
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Der spritzgegossene und laserdirektstrukturierte Schaltungsträger kann selbst als Schaltungsträger verwendet werden. Alternativ kann der erfindungsgemäße Schaltungsträger als ein Einlageteil für eine Schaltungsträgerbaugruppe ausgebildet sein. Ferner kann die Leitungsträgerbaugruppe den erfindungsgemäßen Schaltungsträger aufweisen und beispielsweise mithilfe des Spritzgussmaterials und einem anderen Spritzgussmaterial in einem Zweikomponentenspritzgussverfahren hergestellt sein.
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Ferner kann das den Schaltungsträger ausbildende Spritzgussmaterial als eine Einlegefolie ausgebildet sein, die auf einen Grundkörper einer Schaltungsträgerbaugruppe aufgelegt und an dieser befestigt wird.
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Spritzgussmaterials in einer schematischen Schnittdarstellung,
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2 eine schematische Schnittdarstellung eines Grundkörpers eines erfindungsgemäßen spritzgegossenen Schaltungsträgers,
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3 den Grundkörper des Ausführungsbeispiels der 2 mit einer durchgängigen Leitungsschicht,
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4 den Grundkörper des Ausführungsbeispiels der 2 und 3 mit weiteren Leitungsschichten, und
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5 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Im Folgenden ist die Erfindung beispielhaft anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Die unterschiedlichen Merkmale der Ausführungsformen können dabei unabhängig voneinander kombiniert werden, wie es bei den einzelnen vorteilhaften Ausgestaltungen bereits dargelegt wurde.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt schematisch ein Spritzgussmaterial 1, das beispielhaft als ein Granulat dargestellt ist. Das granulare Spritzgussmaterial 1 weist mehrere Körner 2 auf, die in einer schematischen Schnittdarstellung gezeigt sind. Die Körner können einen vom dargestellten kreisförmigen Querschnitt abweichenden Querschnitt aufweisen.
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Die Körner 2 können zumindest teilweise oder sogar überwiegend aus einem Kunststoffmaterial 3, zum Beispiel ein Flüssigkristallpolymer, ausgebildet sein, wobei in den Körnern 2 Zusatzpartikel 4 vorhanden sind. Die Zusatzpartikel 4 können vollständig innerhalb einer durch das Kunststoffmaterial 3 gebildeten Materialmatrix eingebettet sein oder aber an eine Oberfläche der Körner 2 angrenzen beziehungsweise aus dieser Oberfläche heraus ragen.
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Die Zusatzpartikel 4 können einen Mantel 5 aufweisen, der einen Hohlraum H innerhalb des jeweiligen Zusatzpartikels 4 vorzugsweise vollständig umgibt. Der Hohlraum H ist vorzugsweise vollständig mit einem Additiv 6 gefüllt, dessen Schmelzpunkt so gewählt ist, dass bei einer Laserstrukturierung zur Herstellung eines spritzgegossenen Schaltungsträgers das Additiv 6 aufschmilzt. Beispielsweise liegt der Schmelzpunkt des Additivs 6 unterhalb von 250 ºC und zum Beispiel zwischen 175 ºC und 225 ºC, etwa bei 183 ºC. Vorzugsweise weist das Additiv 6 ein Weichlot auf oder besteht sogar aus einem Weichlot. Beispielsweise ist das Weichlot ein Zinn- oder Sickerlot, wobei das Additiv 6 beziehungsweise das Weichlot ein Flussmittel aufweisen kann.
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Wird das Spritzgussmaterial beispielsweise mit einer Spritz- oder Stranggussmaschine verarbeitet und hierzu aufgeschmolzen, so schmilzt vorzugsweise lediglich das Kunststoffmaterial 3, nicht jedoch der Mantel 5 und/oder das Additiv 6. Innerhalb des aufgeschmolzenen Kunststoffmaterials 3 können sich die Zusatzpartikel 4 bewegen und werden beim Spritz- oder Strangguss so vermischt, dass die Zusatzpartikel 4 im Wesentlichen gleich verteilt im aufgeschmolzenen Kunststoffmaterial 3 vorliegen.
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2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Grundkörpers eines erfindungsgemäßen spritzgegossenen Schaltungsträgers schematisch in einer Schnittdarstellung und mit diversen Zusatzpartikeln 4 des Ausführungsbeispiels der 1. Für Elemente, die in Funktion und/oder Aufbau Elementen des Ausführungsbeispiels der 1 entsprechen, sind dieselben Bezugszeichen verwendet. Der Kürze halber ist lediglich auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel der 1 eingegangen.
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Der Grundkörper 10 des erfindungsgemäßen spritzgegossenen Schaltungsträgers 11 ist aus dem Spritzgussmaterial 1 gefertigt und beispielsweise spritz- oder stranggegossen. Folglich weist der Grundkörper 10 das Kunststoffmaterial 3 und eine Vielzahl der Zusatzpartikel 4 auf. Die Zusatzpartikel 4 sind aufgrund der Durchmischung während des Aufschmelzens des Spritzgussmaterials 1 im Wesentlichen gleichmäßig im Grundkörper 10 verteilt. In der 2 der Einfachheit halber nicht dargestellte Abweichungen der Dichte der Zusatzpartikel 4 sind gering. Insbesondere können benachbart zueinander angeordnete Zusatzpartikel 4 einen Abstand A zueinander aufweisen, der nur geringfügig schwankt. Der Abstand A der Zusatzpartikel 4 zueinander und deren Volumen, das mit dem Additiv 6 gefüllt ist, sind vorzugsweise so bemessen, dass das Additiv 6 benachbarter Zusatzpartikel 4 in seinem flüssigen Zustand zusammenfließen kann, wenn das Kunststoffmaterial 3 und der optionale Mantel 5 der benachbart zueinander angeordneten Zusatzpartikel 4 zumindest teilweise entfernt ist.
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3 zeigt das Ausführungsbeispiel der 2 nach einer Laserdirektstrukturierung, wobei eine Oberfläche des Grundkörpers 10 mit Laserstrahlung bestrahlt und hierdurch eine durchgängige Leitungsschicht 12 erzeugt wurde.
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Die durchgängige Leitungsschicht 12 grenzt direkt an den Grundkörper 10 und insbesondere an dessen mit der Laserstrahlung bestrahlten Seite an. Das Kunststoffmaterial 3 und der optionale Mantel 5 diverser Zusatzpartikel 4 wurden durch die Laserdirektstrukturierung abgetragen, sodass das Additiv 6 freigelegt wurde. Ferner wurde das Additiv 6 durch die Laserstrahlung aufgeschmolzen. Aufgrund des Abstandes A zwischen den Zusatzpartikeln 4 und dem Volumen der mit dem Additiv 6 gefüllten Hohlräume H der geöffneten Zusatzpartikel 4 kann das durch den Laser verflüssigte Additiv 6 zusammenfließen und so die durchgängige beziehungsweise geschlossene Leitungsschicht 12 ausbilden.
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Im Ausführungsbeispiel der 3 sind die Hohlräume H durch Entfernen der Mäntel 5 so weit geöffnet, dass die Hohlräume H etwa zur Hälfte bestehen bleiben. Die verbleibenden Teile der Hohlräume H bilden Vertiefungen V, in die die Leitungsschicht 12 eingreift, sodass die Leitungsschicht 12 gut am Grundkörper 10 haftet. Alternativ und abhängig vom Abstand A und dem Volumen der Hohlräume H kann es auch ausreichen, die Zusatzpartikel 4 weniger weit freizulegen und die optionalen Mäntel 5 weniger durch den Laser abzutragen. Ferner kann es gewünscht sein, das Kunststoffmaterial 3 und die optionalen Mäntel 5 weiter zu entfernen oder sogar vollständig abzutragen.
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4 zeigt den Schaltungsträger 11 des Ausführungsbeispiels der 2 und 3 ebenfalls in der schematischen Schnittansicht.
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Auf einer vom Grundkörper 10 abgewandten Seite der durchgängigen Leitungsschicht 12 sind zwei weitere Schichten 13, 14 aufgebracht. Die weiteren Schichten 13, 14 können wie die durchgängige Schicht 12 aus einem elektrisch leitfähigen Material und beispielsweise aus galvanisch aufgebrachten Metallen bestehen. Beispielsweise kann die weitere Schicht 13, die direkt an die durchgängige Leitungsschicht 12 angrenzt, Kupfer enthalten oder aus Kupfer bestehen. Die weitere Schicht 13 kann zwischen der Leitungsschicht 12 und der weiteren Schicht 14 angeordnet sein, wobei die weitere Schicht 14 zum Beispiel Gold enthalten oder aus Gold bestehen kann. Alternativ oder zusätzlich kann auch die weitere Schicht 13 Gold enthalten oder aus Gold bestehen. Insbesondere können die weiteren Schichten 13, 14 Schichten zum Korrosionsschutz, zur Optimierung eines Kontaktwiderstandes, zum Schutz vor Verschleiß etc. sein.
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5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Schaltungsträgers 11 schematisch als ein Flussdiagramm. Für Elemente, die im Folgenden zur Erläuterung des Verfahrens 20 verwendet sind, und die in Funktion und/oder Aufbau Elementen der bisherigen Ausführungsbeispiele entsprechen, sind dieselben Bezugszeichen verwendet.
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Das Verfahren 20 startet mit einem ersten Verfahrensschritt 21. Beispielsweise wird der Grundkörper 10 durch Verwendung des Spritzgussmaterials 1 spritz- oder stranggegossen. Im nun folgenden Verfahrensschritt 22 wird der Grundkörper durch Laserbestrahlung laserdirektstrukturiert, wobei der Grundkörper 10 direkt mit der Laserstrahlung behandelt wird, um die durchgängige Leitungsschicht 12 auszubilden.
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Bei der Laserdirektstrukturierung 22 wird im Verfahrensschritt 23 Kunststoffmaterial 3 einer Oberfläche des Grundkörpers 10 abgetragen. Ferner wird vorzugsweise auch der optionale Mantel 5 einer Vielzahl von den Zusatzpartikeln 4 zumindest teilweise durch die Laserbestrahlung entfernt. Das Kunststoffmaterial 3 und der optionale Mantel 5 können auch anders und beispielsweise durch Strahlen des Grundkörpers 10 oder chemisch entfernt werden. Allerdings wird im Verfahrensschritt 23 durch die Laserbehandlung zumindest das freigelegte Additiv 6 aufgeschmolzen.
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Sind das Kunststoffmaterial 3 und das Material der optionalen Mäntel 5 der Zusatzpartikel 4 zumindest teilweise entfernt und das Additiv 6 aufgeschmolzen, so fließt das aufgeschmolzene Additiv einander benachbart angeordneter Zusatzpartikel 4 im Verfahrensschritt 24 zusammen und bildet eine durchgängige Schicht auf der mit dem Laser behandelten Seite des Grundkörpers 10. Das Freilegen, Aufschmelzen und Zusammenfließen des Additivs 6 kann in einem einzigen Bestrahlungsschritt erfolgen.
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Im Anschluss an die Laserbehandlung kühlt das aufgeschmolzene Additiv 6 ab und erstarrt dabei. Das nunmehr erstarrte Additiv 6 bildet die durchgängige Leitungsschicht 12, die direkt den Grundkörper 10 kontaktiert.
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Im nun folgenden Verfahrensschritt 26 endet das Verfahren 20. Beispielsweise kann das Verfahren 20 nach dem Verfahrensschritt 26 wieder zum Verfahrensschritt 21 zurückkehren, falls das gewünschte Schaltungslayout des Schaltungsträgers 11 weitere Leitungsschichten 12 aufweisen soll. Alternativ oder zusätzlich können weitere Schichten 13, 14 auf die Leitungsschicht 12 aufgebracht werden.
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Ferner kann auf den Verfahrensschritt 26 eine Weiterverarbeitung des Schaltungsträgers 11 folgen, bei der der spritzgegossene und laserdirektstrukturierte Schaltungsträger 11 mit einem weiteren Spritzgussmaterial oder dem Spritzgussmaterial 1 umspritzt wird, wobei die durchgängige Leitungsschicht 12 beim Umspritzen freigelassen oder zumindest abschnittsweise oder sogar abgedeckt werden kann. Dies ist beispielsweise nach einer galvanischen Aufbringung der Leitungsschicht nicht ohne Weiteres möglich, da zunächst bei dem galvanischen Prozess auf den Grundkörper 10 aufgebrachte Materialien zu entfernen sind, um ein Haften des Grundkörpers 10 an den umspritzten Körper zu gewährleisten.
