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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung mit einer elektrischen Durchkontaktierung elektrisch leitfähiger Strukturen an entgegengesetzten Oberflächen eines porösen Substrats, wobei eine erste elektrisch leitfähige Struktur auf einer ersten Oberfläche des porösen Substrats durch Auftragen eines elektrisch leitfähigen Partikels enthaltenen Fluids mit einer ersten Massenbelegung erzeugt wird, und wobei eine zweite elektrisch leitfähige Struktur auf einer zweiten, der ersten Oberfläche entgegengesetzten Oberfläche angeordnet ist.
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Elektronische Schaltungen werden üblicherweise auf Leiterplatten hergestellt, die sowohl als Träger der elektrischen Bauteile der elektronischen Schaltung als auch zur Verbindung der auf der Leiterplatte angeordneten elektronischen Bauteile dienen. Zu diesem Zweck werden elektrisch leitfähige Strukturen auf einer Leiterplatte angeordnet, durch welche die einzelnen elektrischen Bauteile untereinander sowie mit Kontaktbereichen für eine Kontaktierung mit externen Geräten verbunden werden.
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Herkömmliche Leiterplatten sind oftmals aus einem geeigneten Kunststoffmaterial hergestellt und als starre und elektrisch isolierende Platte ausgebildet. Die elektronischen Bauteile können auf beiden Seiten derartiger Leiterplatten angeordnet und miteinander verbunden werden. Die elektrisch leitfähigen Strukturen werden üblicherweise durch Pfade aus leitfähigem Material gebildet, die mit Hilfe von Ätzverfahren aus zunächst flächigen Beschichtungen erzeugt werden.
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Für eine vertikale Durchkontaktierung der elektrisch leitfähigen Strukturen auf einer ersten Oberfläche der Leiterplatte mit einer elektrisch leitfähigen Struktur auf einer zweiten Oberfläche, welche der ersten Oberfläche gegenüberliegt, müssen elektrisch leitende Verbindungen durch die Leiterplatte hindurch erzeugt werden. Zu diesem Zweck wird üblicherweise eine durchgehende Aussparung in der Leiterplatte erzeugt. Anschließend kann entweder ein elektrisch leitendes Verbindungselement in der Aussparung angeordnet werden oder die Aussparung mit einem elektrisch leitfähigen Material verfüllt werden.
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Um den für die elektronische Schaltung erforderlichen Raumbedarf verringern und an komplex geformte Produkte anpassen zu können, werden Leiterplatten zunehmend nicht mehr als starre Platte ausgebildet, sondern aus geeigneten flexiblen Materialien hergestellt. Es wurden auch verschiedene Verfahren entwickelt, mit denen die elektrisch leitfähigen Strukturen auf eine Oberfläche einer herkömmlichen oder aber flexibel ausgestalteten Leiterplatte aufgebracht werden können. Besonders kostengünstig können die elektrisch leitfähigen Strukturen mit Druckverfahren hergestellt werden, wobei üblicherweise eine elektrisch leitfähige Tinte auf einer Oberseite der Leiterplatte aufgedruckt wird. Geeignete elektrisch leitfähige Tinten enthalten häufig elektrisch leitfähige Partikel in einem flüchtigen Lösungsmittel, das nach dem Aufdrucken abtrocknet, so dass die elektrisch leitfähigen Partikel die gewünschte elektrisch leitfähige Struktur auf der Oberseite der Leiterplatte bilden. Aus der Praxis sind flexible Leiterplatten bekannt, die für ein Aufdrucken der elektrisch leitfähigen Strukturen besonders geeignet sind und einen flexiblen Leiterplattenkern aus einem geeigneten Kunststoffmaterial aufweisen, das an einer Oberfläche oder an beiden Oberflächen mit einer porösen Beschichtung versehen ist, die für die Aufnahme der elektrisch leitfähigen Tinte und die Ausbildung der elektrisch leitfähigen Strukturen durch die in der Tinte enthaltenen elektrisch leitfähigen Partikel besonders geeignet sind. Es ist grundsätzlich denkbar, dass bei Leiterplatten verschiedene Verfahren zur Erzeugung von elektrisch leitfähigen Strukturen miteinander kombiniert werden und beispielsweise eine elektrisch leitfähige Struktur auf einer Oberfläche der Leiterplatte aufgedampft und eine weitere elektrisch leitfähige Struktur auf der gegenüberliegenden Oberfläche aufgedruckt wird. Derartige Leiterplatten können in vorteilhafter Weise auch beidseitig bedruckt und mit elektrisch leitfähigen Strukturen versehen werden.
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Es ist ebenfalls möglich, auf einer Oberfläche der Leiterplatte mehrere elektrisch leitfähige Strukturen übereinander aufzudrucken, die jeweils durch eine Isolierungsschicht voneinander getrennt sind. Die Leiterplatte muss dabei nicht aus einem porösen Material hergestellt sein, sondern kann auch aus nichtporösem Material bestehen und auf einer Oberfläche eine erste elektrisch leitfähige Struktur aufweisen, die beispielsweise mit herkömmlichen Ätzverfahren hergestellt ist. Die Isolierungsschicht kann vollständig aus porösem Material hergestellt sein oder zumindest eine Beschichtung aus einem porösen Material aufweisen, um mit einer zweiten elektrisch leitfähigen Struktur bedruckt werden zu können, die dann über der ersten elektrisch leitfähigen Struktur angeordnet ist.
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Eine Durchkontaktierung der auf gegenüberliegenden Oberflächen der Leiterplatte aufgebrachten elektrisch leitfähigen Strukturen erfordert zusätzlich zu dem Aufdrucken der mindestens einen elektrisch leitfähigen Struktur weitere Herstellungsschritte, um die Durchkontaktierungen zu erzeugen. Aus der Praxis ist es bekannt, auch bei flexiblen und bedruckten Leiterplatten durchgehende Aussparungen zu erzeugen, die mit einem elektrisch leitenden Verbindungselement versehen oder während des Bedruckens verfüllt werden können. Es ist ebenfalls möglich, beispielsweise ein nadelförmig ausgebildetes Verbindungselement nachträglich in die flexible Leiterplatte einzubringen und so festzulegen, dass die an den entgegengesetzten Oberflächen befindlichen aufgedruckten Schaltungen miteinander kontaktiert werden.
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Es ist ebenfalls möglich, auf eine auf einer Oberfläche der Leiterplatte aufgebrachte elektrisch leitende Struktur nachträglich eine isolierende Beschichtung aufzubringen, bei der einzelne Bereiche der elektrisch leitfähigen Struktur freigelassen sind. Anschließend kann auf die isolierende Beschichtung eine weitere elektrisch leitfähige Struktur aufgedruckt werden, die an den von der isolierenden Beschichtung freigelassenen Bereiche mit der darunter liegenden elektrisch leitfähigen Struktur eine elektrisch leitende Verbindung erzeugt. In diesem Fall sind beide elektrisch leitfähigen Strukturen auf derselben Oberfläche der Leiterplatte angeordnet. Das Aufbringen der elektrisch isolierenden Beschichtung erfordert jedoch auch bei diesem Verfahren einen weiteren Herstellungsschritt.
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Es wird deshalb als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen, ein Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung so auszugestalten, dass mit möglichst einfachen Mitteln und kostengünstig auf einer Leiterplatte zwei elektrisch leitfähige Struktur aufgebracht werden können und die beiden Strukturen mit einer elektrisch leitenden Durchkontaktierung miteinander verbunden werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Gattung gelöst, dass die erste Massenbelegung derart vorgegeben wird, dass in einem Überlappungsbereich der ersten elektrisch leitfähigen Struktur und der zweiten elektrisch leitfähigen Struktur eine die erste elektrisch leitfähige Struktur mit der zweiten elektrisch leitfähigen Struktur verbindende Durchkontaktierung erzeugt wird, indem die elektrisch leitfähigen Partikel das poröse Substrat von der ersten elektrisch leitfähigen Struktur bis zu der gegenüberliegenden zweiten elektrisch leitfähigen Struktur durchdringen und die erste elektrisch leitfähige Struktur mit der zweiten elektrisch leitfähigen Struktur elektrisch leitend verbinden. Es hat sich gezeigt, dass bei der Verwendung geeigneter elektrisch leitfähiger Fluide und einem daran angepassten porösen Substrat eine zuverlässige Durchkontaktierung auch dadurch erzeugt werden kann, dass eine ausreichende Menge des elektrisch leitfähigen Fluids aufgebracht wird, so dass das Fluid das poröse Substrat durchdringt und bis zu der gegenüberliegenden Oberfläche oder zumindest bis zu einer dort angeordneten elektrisch leitfähigen Struktur durchdringt und dadurch eine ausreichend leitfähige Verbindung erzeugt.
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Bei zwei elektrisch leitfähigen Strukturen, die räumlich so ausgebildet sind, dass die beiden elektrisch leitfähigen Strukturen in den jeweiligen Überlappungsbereichen immer eine Durchkontaktierung aufweisen können, können die elektrisch leitenden Durchkontaktierungen auf diese Weise ohne einen gesonderten Herstellungsschritt und insbesondere ohne einen zusätzlichen Aufwand hergestellt werden. Ein Überlappungsbereich wird dabei durch Bereiche der beiden elektrisch leitfähigen Strukturen gebildet, die sich in einer Richtung senkrecht zu den Oberflächen des porösen Substrats überlappen. Die aufgedruckte elektrisch leitfähige Struktur kann beispielsweise aus einem oder aus mehreren vergleichsweise kurzen Leitungsabschnitten bestehen, die jeweils zwei oder mehr elektrisch leitende Abschnitte der auf der anderen Oberfläche des porösen Substrats angeordneten elektrisch leitfähigen Struktur miteinander verbinden.
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Wenn das poröse Substrat die Leiterplatte bildet, kann die erste elektrisch leitfähige Struktur auf einer ersten Oberfläche und die zweite elektrisch leitfähige Struktur auf einer gegenüberliegenden zweiten Oberfläche der Leiterplatte angeordnet sein. Es ist ebenfalls möglich, dass die erste elektrisch leitfähige Struktur auf eine Isolierungsschicht aus einem porösen Substrat aufgedruckt wird, die ihrerseits auf eine zweite elektrisch leitfähige Struktur aufgebracht wurde, die auf einer Oberfläche einer Leiterplatte angeordnet ist. Die Leiterplatte kann dabei ebenfalls aus einem porösen Material bestehen oder aber konventionell hergestellt sein.
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In vorteilhafter Weise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die zweite elektrisch leitfähige Struktur auf einer zweiten, der ersten Oberfläche des porösen Substrats entgegengesetzten Oberfläche durch Auftragen eines elektrisch leitfähige Partikel enthaltenden Fluids mit einer zweiten Massenbelegung erzeugt wird. Auf diese Weise werden sowohl die erste als auch die zweite elektrisch leitfähige Struktur durch Aufdrucken eines Fluids auf das poröse Substrat erzeugt, was mit geringem Aufwand und in kurzer Herstellungszeit möglich ist. Der Aufwand für einen gesonderten Herstellungsschritt der zweiten elektrisch leitfähigen Struktur mit einem anderen Herstellungsverfahren entfällt. Es können in einfacher Weise und besonders kostengünstig flexible Leiterplatten, die von dem porösen Substrat gebildet werden, auf beiden Seiten mit elektrisch leitfähigen Strukturen versehen werden, die in Überlappungsbereichen elektrisch leitende Durchkontaktierungen aufweisen.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die erste elektrisch leitfähige Struktur und die zweite elektrisch leitfähige Struktur einen elektrisch isolierenden Abstand zueinander aufweisen, und dass in einem Überlappungsbereich der ersten elektrisch leitfähigen Struktur und der zweiten elektrisch leitfähigen Struktur eine die erste elektrisch leitfähige Struktur mit der zweiten elektrisch leitfähigen Struktur verbindende Durchkontaktierung durch Auftragen eines elektrisch leitfähige Partikel enthaltenden Fluids mit einer dritten Massenbelegung auf mindestens einer der beiden Oberflächen erzeugt wird, wobei die dritte Massenbelegung derart vorgegeben wird, dass die Durchkontaktierung erzeugt wird, indem die elektrisch leitfähigen Partikel das poröse Substrat von der ersten elektrisch leitfähigen Struktur bis zu der gegenüberliegenden zweiten elektrisch leitfähigen Struktur durchdringen und die erste elektrisch leitfähige Struktur mit der zweiten elektrisch leitfähigen Struktur elektrisch leitend verbinden. Während die erste elektrisch leitfähige Struktur durch Auftragen des Fluids mit einer ersten Massenbelegung erfolgt, kann die zweite elektrisch leitfähige Struktur gegebenenfalls mit einem anderen Herstellungsverfahren hergestellt sein oder bereits an dem porösen Substrat angeordnet sein, bevor das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird.
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In vorteilhafter Weise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die zweite elektrisch leitfähige Struktur auf einer zweiten, der ersten Oberfläche entgegengesetzten Oberfläche durch Auftragen eines elektrisch leitfähige Partikel enthaltenden Fluids mit einer zweiten Massenbelegung erzeugt wird und die erste Massenbelegung und die zweite Massenbelegung so vorgegeben sind, dass die erste elektrisch leitfähige Struktur und die zweite elektrisch leitfähige Struktur einen elektrisch isolierenden Abstand zueinander aufweisen. Durch den elektrisch isolierenden Abstand zwischen den beiden elektrisch leitfähigen Strukturen können jeweils räumlich komplex gestaltete elektrisch leitfähige Strukturen ausgebildet sein, die unabhängig voneinander an den beiden Oberflächen des porösen Substrats angeordnet werden können und sich beliebig überlappen können, ohne dadurch eine elektrisch leitende Durchkontaktierung in allen Überlappungsbereichen zu bilden. In den Überlappungsbereichen, in denen eine elektrisch leitende Durchkontaktierung gewünscht ist, werden durch den verstärkten bzw. zusätzlichen Auftrag einer Fluidmenge elektrisch leitende Partikel in dem porösen Substrat deponiert, so dass eine durchgehende elektrisch leitende Durchkontaktierung erzeugt wird.
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Zum Aufdrucken der beiden elektrisch leitfähigen Strukturen können entweder das gleiche Fluid oder aber unterschiedliche Fluide verwendet werden. Es ist ebenfalls möglich, die jeweilige Massenbelegung gleich oder unterschiedlich vorzugeben. Auf diese Weise können auf beiden Seiten des porösen Substrats entweder gleichartige elektrisch leitfähige Strukturen erzeugt werden, deren Eindringtiefe in das poröse Substrat im Wesentlichen gleich groß ist oder aber unterschiedlich ausgestaltete Strukturen erzeugt werden, bei denen die erste Struktur an der ersten Oberfläche deutlich weniger tief in das poröse Substrat eindringt als die gegenüberliegende zweite Struktur an der zweiten Oberfläche. Die für die Erzeugung der elektrisch leitfähigen Strukturen verwendeten Fluide und die jeweilige erste bzw. zweite Massenbelegung sind zweckmäßigerweise so aufeinander abgestimmt, dass in Abhängigkeit von dem jeweils verwendeten porösen Substrat sichergestellt werden kann, dass die beiden elektrisch leitfähigen Strukturen durch einen nicht von einem Fluid durchdrungenen mittleren Bereich des porösen Substrats zuverlässig voneinander getrennt sind, sodass dieser mittlere Bereich eine elektrisch isolierende Barriere bildet.
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Durch das Aufbringen einer größeren Menge eines gleichen oder aber abweichend vorgegebenen elektrisch leitenden Fluids können die in diesem Fluid enthaltenen elektrisch leitfähigen Partikel in einem Bereich einer Durchkontaktierung wesentlich weiter in das poröse Substrat eindringen, um die beiden an gegenüberliegenden Oberflächen angeordneten leitfähigen Strukturen miteinander zu verbinden. Dabei kann die Durchkontaktierung während des Aufdruckens der ersten elektrisch leitfähigen Struktur auf der ersten Oberfläche dadurch hergestellt werden, dass in dem für die Durchkontaktierung vorgegebenen Bereich eine größere Menge des gleichen ersten Fluids während des Aufdruckvorgangs aufgebracht wird, so dass in diesem Bereich eine höhere Massenbelegung des ersten Fluids und damit einhergehend eine größere Anzahl an elektrisch leitfähigen Partikeln aufgebracht wird, die in tiefere Bereiche des porösen Substrats eindringen und die elektrisch leitende Verbindung zu der gegenüberliegenden Struktur auf der anderen Oberfläche herstellen. Es ist ebenfalls möglich, für die Durchkontaktierung ein anderes drittes Fluid zu verwenden, das beispielsweise eine andere Zusammensetzung oder aber andere elektrisch leitfähige Partikel mit beispielsweise einer geringeren Partikelgröße aufweist, so dass dieses dritte Fluid und insbesondere die darin enthaltenen elektrisch leitfähigen Partikel schneller und weiter in das poröse Substrat eindringen und die elektrisch leitende Verbindung zu der gegenüberliegenden Oberfläche herstellen. Das dritte Fluid kann auch mit dem zweiten Fluid identisch sein, das für die Erzeugung der zweiten elektrisch leitfähigen Struktur auf der zweiten Oberfläche des porösen Substrats verwendet wird.
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Es ist ebenfalls möglich, die Durchkontaktierung durch eine verstärkte Massenbelegung des jeweils zum Aufdrucken der jeweiligen elektrisch leitfähigen Struktur auf den Oberflächen verwendeten Fluids und damit von den beiden Oberflächen aus herzustellen. In diesem Fall muss von den beiden Oberflächen aus das für die Kontaktierung verwendete Fluid nicht notwendigerweise das poröse Substrat vollständig oder nahezu vollständig durchdringen, um bis zu der gegenüberliegenden Oberfläche oder der dort angeordneten elektrisch leitfähigen Struktur zu gelangen. Es reicht aus, wenn die von beiden Oberflächen aus jeweils aufgebrachte Fluidmange ausreichend groß ist, dass im Bereich der Durchkontaktierung das jeweilige Fluid weiter eindringt als in benachbarten Bereichen der elektrisch leitfähigen Strukturen und sich im Bereich der Durchkontaktierung die von beiden Seiten aus aufgebrachten Fluidmengen überlappen, so dass nach dem Austrocknen eines in den Fluiden enthaltenen Lösungsmittels die elektrisch leitfähigen Partikel berühren und eine leitende Durchkontaktierung herstellen.
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Gemäß einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass für die Erzeugung der ersten und der zweiten elektrisch leitfähigen Struktur ein erstes Fluid verwendet wird, und dass für die Erzeugung der Durchkontaktierung ein zweites Fluid verwendet wird. Das erste Fluid kann so ausgewählt bzw. vorgegeben sein, dass die darin enthaltenen elektrisch leitfähigen Partikel nur wenig oder kaum in das poröse Substrat eindringen und im Wesentlichen auf der Oberfläche des porösen Substrats angeordnete elektrisch leitfähige Strukturen bilden. Das für die Durchkontaktierung verwendete zweite Fluid sollte dagegen möglichst rasche und tief in das poröse Substrat eindringen können, um eine zuverlässige Durchkontaktierung zu ermöglichen.
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Gemäß einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass für die Erzeugung der Durchkontaktierung das Fluid im Bereich der Durchkontaktierung verflüssigt wird. So kann beispielsweise während oder im Anschluss an das Aufbringen eines vergleichsweise viskosen Fluids, aus welchem auf beiden Oberflächen die jeweiligen elektrisch leitfähigen Strukturen gebildet werden, das Fluid im Bereich der Durchkontaktierung beispielsweise durch Zugabe eines Lösungsmittels oder durch Erwärmung verflüssigt werden, indem dessen Viskosität herabgesetzt wird, so dass das Fluid im Bereich der Durchkontaktierung weiter in das poröse Substrat als in den angrenzenden Bereichen eindringen kann. Dabei ist es grundsätzlich möglich, dass das Fluid als viskose oder feste Substanz auf das poröse Substrat aufgebracht und im Bereich der Durchkontaktierung verflüssigt wird. Die Verflüssigung bzw. die Herabsetzung der Viskosität kann bei Verwendung eines geeigneten Fluids beispielsweise durch einen lokal begrenzten Wärmeeintrag bewirkt werden, wobei der Wärmeeintrag durch einen auf den Bereich der Durchkontaktierung gerichteten Laserstrahl erzeugt wird.
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Es ist erfindungsgemäß ebenfalls vorgesehen, dass die elektrisch leitfähigen Partikel des Fluids in Abhängigkeit von einer mittleren Probengröße des porösen Substrats vorgegeben werden. Insbesondere können für die Aufbringung der elektrisch leitfähigen Strukturen ein Fluid oder mehrere Fluide verwendet werden, bei denen die darin enthaltenen elektrisch leitfähigen Partikel eine mittlere Partikelgröße oder eine Variation von Partikelgrößen enthalten, die deren Eindringen in das poröse Substrat erschweren und es begünstigen, dass die betreffenden elektrisch leitfähigen Partikel auf oder nahe bei der jeweiligen Oberfläche verbleiben und dort die entsprechenden elektrisch leitfähigen Strukturen ausbilden. Im Gegensatz dazu kann für die Durchkontaktierung ein Fluid mit elektrisch leitfähigen Partikeln gewählt werden, deren mittlere Partikelgröße oder deren Größenverteilung so vorgegeben ist, dass die elektrisch leitfähigen Partikel mit dem Fluid rasch und in tiefere Bereiche des porösen Substrats eindringen können.
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Die Erfindung betrifft auch eine gedruckte Schaltung mit einem porösen Substrat, mit einer an dessen erster Oberfläche aufgebrachten elektrisch leitfähigen Struktur und mit einer an dessen zweiten, der ersten Oberfläche gegenüberliegenden Oberfläche aufgebrachten elektrisch leitfähigen Struktur, wobei eine Durchkontaktierung die erste elektrisch leitfähige Struktur mit der zweiten elektrisch leitfähigen Struktur elektrisch leitend verbindet. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Durchkontaktierung durch elektrisch leitfähige Partikel gebildet wird, die in das poröse Substrat eingebettet sind. In vorteilhafter Weise kann als poröses Substrat ein Papierblatt oder eine Schicht aus einem Papiermaterial oder papierähnlichen Material verwendet werden. Es ist grundsätzlich möglich und im Hinblick auf eine hohe Umweltverträglichkeit der gedruckten Schaltung zweckdienlich, dass das poröse Substrat überwiegend oder vollständig aus natürlichen Rohstoffen hergestellt ist. Im Hinblick auf eine möglichst kostengünstige Herstellung sowie bei hohen mechanischen Anforderungen kann es erfindungsgemäß auch vorteilhaft sein, ein geeignetes poröses Kunststoffmaterial, beispielsweise einen offenporigen Kunststoffschaum als poröses Substrat zu verwenden.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die beiden elektrisch leitfähigen Strukturen jeweils elektrisch leitfähige Partikel aufweisen, die mit einem Druckverfahren auf das poröse Substrat aufgebracht sind. Eine derartige gedruckte Schaltung kann mit dem vorangehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden und ermöglicht eine besonders rasche und kostengünstige Herstellung von flexiblen Leiterplatten mit elektrisch leitfähigen Strukturen auf beiden Seiten der flexiblen Leiterplatte.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass das poröse Substrat in einem inneren Bereich beabstandet zu der ersten und der zweiten Oberfläche so ausgebildet ist, dass das poröse Substrat eine erste Diffusionsrichtung für das Fluid senkrecht zu der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche im Vergleich zu einer zweiten Diffusionsrichtung parallel zu einer der beiden Oberflächen begünstigt. Bei einem Papiermaterial kann dies beispielsweise durch eine geeignete Vorgabe der Länge und der Ausrichtung einzelner Fasern des Papiermaterials bewirkt werden. Es ist ebenfalls möglich, ein für die Herstellung des porösen Substrats verwendetes Ausgangsmaterial nachträglich zu bearbeiten und beispielsweise Zug oder Druck auszusetzen, um die Anordnung und Ausrichtung einzelner Materialpartikel in dem porösen Substrat oder die Anordnung und Formgebung von Poren in dem porösen Substrat in geeigneter Weise zu beeinflussen, um günstige Diffusionsverhältnisse für das Fluid zu bewirken.
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In vorteilhafter Weise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das poröse Substrat in einem inneren Bereich beabstandet zu der ersten und der zweiten Oberfläche Poren mit einer größeren mittleren Porengröße als in oberflächennahen Randbereichen aufweist. Durch die Verwendung eines Fluids, bei dem die darin enthaltenen elektrisch leitfähigen Partikel hinsichtlich ihrer Partikelgröße auf die Porengröße des porösen Substrats abgestimmt sind, können durch unterschiedliche Porengrößen in dem porösen Substrat in vorteilhafter Weise unterschiedliche Diffusionseigenschaften innerhalb des porösen Substrats erzeugt werden. So kann beispielsweise jeweils ausgehend von der Oberfläche des porösen Substrats ein Gradient der Porengröße hin zu dem mittleren Bereich des porösen Substrats vorgegeben werden, um eine rasche Durchdringung des porösen Substrats durch das auf einer der beiden Oberflächen aufgebrachte Fluid zu begünstigen. In Abhängigkeit von dem jeweils verwendeten Fluid und dem bevorzugten Auftragsverfahren kann es ebenso zweckmäßig und vorteilhaft sein, die Porengröße zu dem mittleren Bereich hin zu verringern, um eine Sperrschicht für Fluide mit großen elektrisch leitfähigen Partikeln zu erzeugen, die dann für die Aufbringung von elektrisch leitfähigen Strukturen auf den jeweiligen Oberflächen des porösen Substrats geeignet sind, während für die Durchkontaktierung ein anderes Fluid mit wesentlich kleineren elektrisch leitfähigen Partikeln verwendet wird, welche die Sperrschicht mit der reduzierten Porengröße leicht durchdringen können. Eine mittlere Porengröße mit einem vorgebbaren Gradienten innerhalb des porösen Substrats kann mit geeigneten Herstellungsverfahren oder durch eine Nachbearbeitung eines Rohlings des porösen Substrats erzeugt werden. Es ist ebenfalls möglich, das poröse Substrat mehrschichtig auszugestalten und beispielsweise einzelne Schichten für oberflächennahe Bereiche oder aber für den inneren Bereich des porösen Substrats getrennt voneinander herzustellen und anschließend miteinander zu verbinden.
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Es ist ebenfalls denkbar, dass mehrere derartige gedruckte Schaltungen schichtenartig übereinander angeordnet und zu einer dreidimensionalen Anordnung einzelner elektrisch leitfähiger Strukturen miteinander verbunden werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die gedruckte Schaltung mindestens zwei übereinander angeordnete poröse Substrate aufweist, deren einander zugewandte Oberflächen jeweils eine elektrisch leitfähige Struktur aufweisen und wobei sich die einander zugewandten elektrisch leitfähigen Strukturen der beiden porösen Substrate mindestens bereichsweise überlappen, um elektrisch leitende Verbindung zwischen den elektrisch leitfähigen Strukturen der beiden porösen Substrate zu bewirken. So können mehrere Schichten eines auf mindestens eine Oberfläche oder auf beiden Oberflächen bedruckten porösen Substrats teilweise oder vollständig überlappend übereinander angeordnet sein und eine sich über mehrere Ebenen von jeweils flächigen elektrisch leitfähigen Strukturen erstreckende gedruckte Schaltung bilden. Jedes einzelne poröse Substrat bzw. jede Substratschicht kann mit dem vorangehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren mit elektrisch leitfähigen Strukturen versehen werden, die über jeweils mindestens eine Durchkontaktierung miteinander verbunden sind. Die einander zugewandten elektrisch leitfähigen Strukturen von zwei übereinander angeordneten porösen Substraten können entweder durch eine zusätzliche Isolationsschicht miteinander verbunden oder aber so angeordnet und ausgestaltet sein, dass sich die einander zugewandten elektrisch leitenden Strukturen nur in den dafür vorgesehenen Kontaktbereichen überlappen und berühren. Auf diese Weise können sehr rasch und kostengünstig gedruckte Schaltung auf einem flexiblen Trägermaterial hergestellt werden, bei denen die einzelnen elektrisch leitfähigen Strukturen in einer Anzahl von übereinander angeordneten Ebenen verlaufen, die an den dafür vorgesehenen Stellen durchkontaktiert sind bzw. durch Überlappung und Kontakt elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
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Mit einer erfindungsgemäßen gedruckten Schaltung kann beispielsweise eine Antenne für ein System zur Identifizierung mit elektromagnetischen Wellen bzw. ein RFID-Transponder kostengünstig hergestellt werden.
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Nachfolgend werden exemplarische Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Schnittansicht durch ein poröses Substrat, das auf beiden Seiten mit einer elektrisch leitfähigen Struktur bedruckt ist und bei dem eine Durchkontaktierung die beiden elektrisch leitfähigen Strukturen miteinander verbindet,
- 2 eine schematische Schnittansicht gemäß 1, wobei die Durchkontaktierung anders hergestellt ist,
- 3 eine schematische Darstellung einer Antenne eines RFID-Transponders, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist,
- 4 eine Schnittansicht längs der Linie IV-IV in 3,
- 5 und 6 jeweils eine Oberseite bzw. Unterseite des mit elektrisch leitfähigen Strukturen bedruckten porösen Substrats, das die in den 3 und 4 dargestellte Antenne bildet,
- 7 eine schematische Schnittansicht gemäß 1, wobei das poröse Substrat mehrere Bereiche mit unterschiedlichen Diffusionseigenschaften aufweist,
- 8 eine schematische Schnittansicht gemäß 1, wobei die beiden elektrisch leitfähigen Strukturen durch Auftragen eines Fluids mit unterschiedlicher Massenbelegung erzeugt wurden und deshalb unterschiedliche Eindringtiefen in das poröse Substrat aufweisen, und
- 9 eine schematische Schnittansicht gemäß 1, wobei die beiden elektrisch leitfähigen Strukturen jeweils mehr als eine halbe Dicke des porösen Substrats durchdringen und deshalb in einem Überlappungsbereich ohne zusätzliche Fluidapplikation eine Durchkontaktierung erzeugen.
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In 1 ist exemplarisch und schematisch eine erfindungsgemäße gedruckte Schaltung 1 dargestellt. Als Leiterplatte dient ein geeignetes poröses Substrat 2 aus einem Papiermaterial, so dass die Leiterplatte flexibel ist. Das poröse Substrat 2 kann auch eine Isolierungsschicht sein, die nachträglich auf einer Leiterplatte angeordnet wird. Auf einer ersten Oberfläche 3 des porösen Substrats 2 ist mit einem ersten Fluid eine erste elektrisch leitfähige Struktur 4 aufgedruckt. Auf einer zweiten Oberfläche 5 des porösen Substrats 2, welche der ersten Oberfläche 3 gegenüberliegt, ist mit einem zweiten Fluid eine zweite elektrisch leitfähige Struktur 6 aufgedruckt. Das erste und das zweite Fluid sind hierbei gleich, könnten jedoch auch eine unterschiedliche Zusammensetzung und voneinander abweichende Eigenschaften aufweisen. Die Fluide enthalten jeweils elektrisch leitfähige Partikel, die in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst sind. Nach dem Aufbringen auf das poröse Substrat 2 verflüchtigt sich das Lösungsmittel, während sich die elektrisch leitfähigen Partikel festsetzen und die elektrisch leitfähigen Strukturen 4, 6 bilden. Durch die jeweilige Massenbelegung bei dem Aufbringen des ersten Fluids und des zweiten Fluids können eine Eindringtiefe und eine Dicke der beiden elektrisch leitfähigen Strukturen 4, 6 vorgegeben werden. Zwischen den beiden elektrisch leitfähigen Strukturen 4, 6 verbleibt ein mittlerer Bereich 7 des porösen Substrats 2, der nicht von einem Fluid durchdrungen ist und eine elektrisch isolierende Barriere zwischen den beiden elektrisch leitfähigen Strukturen 4, 6 bildet.
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In einem Bereich 8 einer Durchkontaktierung 9 ist von der ersten Oberfläche 3 des porösen Substrats aus ein drittes Fluid mit einer ausreichend großen Massenbelegung aufgebracht worden, so dass das dritte Fluid das poröse Substrat 2 im Wesentlichen vollständig, jedoch zumindest bis zu der zweiten elektrisch leitfähigen Struktur 6 durchdringt und die elektrisch leitende Durchkontaktierung 9 bildet.
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Bei dem in 2 exemplarisch dargestellten abweichenden Ausführungsbeispiel wurde sowohl von der ersten Oberfläche 3 als auch von der zweiten Oberfläche 5 aus das jeweils zur Herstellung der ersten und der zweiten elektrisch leitfähigen Struktur 4, 6 verwendete Fluid in dem Bereich 8 der Durchkontaktierung 9 mit einer deutlich höheren Massenbelegung als in angrenzenden Bereichen der jeweiligen elektrisch leitfähigen Struktur 4, 6 aufgebracht. Das Fluid dringt von beiden Seiten jeweils in das poröse Substrat 2 ein, sodass von beiden Seiten aus der mittlere Bereich 7 des porösen Substrats 2 vollständig durchdrungen und die elektrisch leitende Durchkontaktierung 9 gebildet wird. Bei dieser Variante kann die Durchkontaktierung 9 gleichzeitig mit den beiden Bedruckvorgängen für die elektrisch leitfähigen Strukturen 4, 6 erzeugt werden, ohne dass weitere Herstellungsschritte erforderlich sind.
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In den 3 bis 6 ist exemplarisch für ein konkretes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen gedruckten Schaltung 1 eine spiralförmig ausgestaltete Antenne 10 eines RFID-Transponders dargestellt, wobei das poröse Substrat 2 zur Veranschaulichung durchsichtig abgebildet ist. Der spiralförmige Leiterbahnabschnitt 11 der Antenne 10 ist als erste elektrisch leitfähige Struktur 4 auf der ersten Oberfläche 3 des porösen Substrats aufgedruckt und in 3 mit einer durchgezogenen Linie abgebildet. In der Mitte und an dem Rand des Leiterbahnabschnitts 11 ist jeweils eine Durchkontaktierung 9 zu der gegenüberliegenden zweiten Oberfläche 5 angeordnet. An der zweiten Oberfläche 5 ist elektrisch isoliert von dem Leiterbahnabschnitt 11 eine Anschlusskontaktstruktur 12 als zweite elektrisch leitfähige Struktur 6 aufgedruckt, welche die in der Mitte angeordnete Durchkontaktierung 9 mit der an dem Rand angeordneten Durchkontaktierung 9 verbindet. An dem Rand sind zwei Kontaktflächen 13 zur Kontaktierung der Antenne 10 mit weiteren Komponenten des nicht näher dargestellten RFID-Transponders angeordnet.
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In 4 ist eine schematische Schnittansicht längs der Linie IV-IV durch die in 3 abgebildete Antenne 10 dargestellt. In den 5 und 6 sind eine Oberseite der Antenne 10, bzw. eine Unterseite der Antenne 10 gezeigt, wobei im Unterschied zu 3 das poröse Substrat 2 nicht durchsichtig dargestellt ist, so dass jeweils nur die auf der Oberseite bzw. auf der Unterseite sichtbaren elektrisch leitfähigen Strukturen 4, 6 sichtbar sind.
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In 7 ist zur Veranschaulichung eine abweichend ausgeführte gedruckte Schaltung 1 gemäß den 1 und 2 dargestellt. Das poröse Substrat 2 weist eine innere Schicht 14 und zwei äußere Schichten 15 auf, wobei die äußeren Schichten 15 die jeweilige Oberfläche 3, 5 bilden.
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Die innere Schicht 14 und die äußeren Schichten 15, die zusammen das poröse Substrat 2 bilden, weisen unterschiedliche mittlere Porengrößen auf, wobei die mittlere Porengröße der inneren Schicht 14 deutlich kleiner als die mittlere Porengröße der äußeren Schichten 15 ist.
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Für die Herstellung der elektrisch leitfähigen Strukturen 4 und 6 wird zweckmäßigerweise ein erstes Fluid verwendet, dessen darin enthaltenen elektrisch leitfähigen Partikel eine mittlere Partikelgröße aufweisen, die geringer als die mittlere Porengröße der äußeren Schichten 15 ist, jedoch größer als die mittlere Porengröße der inneren Schicht 14. Die Durchkontaktierung 9 wird mit einem zweiten Fluid erzeugt, dessen darin enthaltenen elektrisch leitfähigen Partikel eine mittlere Partikelgröße aufweisen, die geringer als die mittlere Porengröße der inneren Schicht 14 ist. Die kleineren elektrisch leitfähigen Partikel des zweiten Fluids durchdringen vergleichsweise rasch nicht nur die äußeren Schichten 15, sondern auch die innere Schicht 14 und können die Durchkontaktierung 9 bilden, während die größeren elektrisch leitfähigen Partikel des ersten Fluids lediglich die äußeren Schichten 15 durchdringen können und kaum in die innere Schicht 14 eindringen kann, die eine Barriere für das erste Fluid bildet.
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In 8 ist exemplarisch eine ebenfalls erfindungsgemäße Ausgestaltung einer elektrischen Schaltung 1 dargestellt. Auf der ersten Oberfläche 3 ist mit einem Fluid mit einer ersten Massenbelegung die erste elektrisch leitfähige Struktur 4 aufgedruckt, und auf der zweiten Oberfläche 5 ist mit einem gleichen Fluid mit einer zweiten Massenbelegung die zweite elektrisch leitfähige Struktur 6 aufgedruckt. Die erste Massenbelegung des aufgedruckten Fluids ist dabei deutlich geringer als die zweite Massenbelegung, so dass die erste elektrisch leitfähige Struktur 4 deutlich weniger in das poröse Substrat 2 eindringt und hineinragt als die zweite elektrisch leitfähige Struktur 6, die weit über die Hälfte einer senkrecht zu den beiden Oberflächen 3, 5 gemessenen Dicke des porösen Substrats 2 eindringt und hineinragt. Der mittlere Bereich 7, der nicht von dem Fluid durchdrungen ist und eine elektrisch isolierende Barriere zwischen den beiden elektrisch leitfähigen Strukturen 4, 6 bildet, ist im Vergleich zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel deutlich schmaler ausgestaltet.
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Die in dem Überlappungsbereich 8 gewünschte elektrisch leitende Durchkontaktierung 9 kann in einfacher Weise dadurch erzeugt werden, dass in diesem Überlappungsbereich 8 an der Oberfläche 3 eine zusätzliche Fluidmenge aufgetragen wird. Dabei kann in einem einzigen Druckvorgang das Fluid auf die Oberfläche 3 aufgedruckt werden, wobei außerhalb des Überlappungsbereichs 8 eine erste Massenbelegung aufgetragen wird, während in dem Überlappungsbereich 8 das Fluid mit einer dritten Massenbelegung aufgetragen wird, die größer als die erste Massenbelegung ist. Es ist ebenfalls möglich, zunächst in einem ersten Auftragungsschritt das Fluid auf die Oberfläche 3 mit einer ersten Massenbelegung aufzutragen und die erste elektrisch leitfähige Struktur 4 zu erzeugen, um in einem nachfolgenden Auftragungsschritt in dem Überlappungsbereich 8 das gleiche Fluid oder ein anderes Fluid mit einer dritten Massenbelegung aufzubringen, die so vorgegeben ist, dass das zusätzlich aufgetragene Fluid in dem Überlappungsbereich 8 das poröse Substrat 2 von der ersten elektrisch leitfähigen Struktur 4 bis zur zweiten elektrisch leitfähigen Struktur 6 durchdringt und die elektrisch leitfähige Verbindung durch den mittleren Bereich 7 der elektrisch isolierenden Barriere hindurch bildet.
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Bei der in 9 exemplarisch dargestellten Ausgestaltung durchdringen die beiden elektrisch leitfähigen Strukturen 4, 6, jeweils mehr als eine halbe Dicke des porösen Substrats 2. Es gibt bei diesem Ausführungsbeispiel keinen mittleren Bereich 7, der eine elektrisch isolierende Barriere bildet. In den beiden Überlappungsbereichen 8 bilden die beiden elektrisch leitfähigen Strukturen 4, 6, ohne zusätzliche Fluidapplikation jeweils eine elektrisch leitende Durchkontaktierung 9. Diese Ausgestaltung einer elektrischen Schaltung 1 eignet sich vor allem dazu, bei einer gegebenenfalls räumlich komplex ausgestalteten ersten elektrisch leitfähigen Struktur 4 mit kurzen Leiterbahnabschnitten, die von der zweiten elektrisch leitfähigen Struktur 6 gebildet werden, in einfacher Weise und kostengünstig elektrisch leitende Verbindungen zwischen einzelnen Bereichen der elektrisch leitfähigen Struktur 4 zu erzeugen.
