DE102016216377A1 - A method of providing a wiring pattern on a support substrate to form a resistive element - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren vorgeschlagen zur Bereitstellung einer Leiterbahnstruktur (1) auf einem Trägersubstrat (12) zur Bildung eines Widerstandselements (8) mit zumindest einer Leiterbahnen (5) aufweisenden Fügezone (3) und außerhalb der Fügezone (3) angeordneten Anschlussabschnitten (7), wobei die Leiterbahnen (5) mittels eines Druckverfahrens ausgebildet werden und die Leiterbahnen (5) im Bereich der Anschlussabschnitte (7) mit einer größeren Leiterbahnbreite (bLB) ausgebildet werden als im Bereich beabstandet zu den Anschlussabschnitten (7).A method is proposed for providing a conductor track structure (1) on a carrier substrate (12) for forming a resistance element (8) with joining zone (3) having at least one strip conductor (5) and connecting sections (7) arranged outside the joining zone (3), wherein the conductor tracks (5) are formed by means of a printing method and the conductor tracks (5) are formed in the region of the terminal sections (7) with a larger track width (bLB) than in the area spaced from the terminal sections (7).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung einer Leiterbahnstruktur auf einem Trägersubstrat zur Bildung eines Widerstandselements mit zumindest einer Leiterbahnen aufweisenden Fügezone und außerhalb der Fügezone angeordneten Anschlussabschnitten, wobei die Leiterbahnen mittels eines Druckverfahrens ausgebildet werden, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a method for providing a printed conductor structure on a carrier substrate for forming a resistor element with at least one interconnect joining zone and arranged outside the joining zone connecting portions, wherein the conductor tracks are formed by a printing method, according to the preamble of claim 1.

Ein gattungsgemäßes Verfahren ist in der auf die Anmelderin zurückgehenden unveröffentlichten Deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2015 205 656 beschrieben. Bei einem solchen Verfahren, bei dem über ein Widerstandselement Wärme in eine zwei Kunststoffbauteile aufweisende Bauteilanordnung eingebracht wird, um die beiden Kunststoffbauteile miteinander zu fügen beziehungsweise zu verschweißen, um eine stoffschlüssige großflächige Verbindung mit hoher Festigkeit zwischen den beiden Kunststoffbauteilen zu erzeugen, ist die Einhaltung des bestimmten Wärmeeintrags über die Leiterbahnenanordnung von großer Relevanz.A generic method is unpublished in the assignee's name German Patent Application No. 10 2015 205 656 described. In such a method in which heat is introduced via a resistance element into a component arrangement having two plastic components in order to join or weld the two plastic components together in order to produce a cohesive, high-strength connection between the two plastic components, compliance with certain heat input via the interconnect arrangement of great relevance.

Die Bauteile werden über die ein Widerstandselement ausbildende Leiterbahnenanordnung mit Wärme versorgt, die ein lokales Erreichen der Schmelztemperatur der Bauteile sicherstellen soll. Die Leiterbahnanordnung wird mittels eines Druckverfahrens erzeugt und die Leiterbahnen sollen im Kontaktbereich mit den Bauteilen die Wärme übertragen. Eine genaue Einhaltung der Steuerung des Druckverfahrens zur Bildung der Leiterbahnen ist deshalb von wesentlicher Bedeutung, um beispielsweise lokale Überhitzungen der Bauteile und ein lokales Durchbrennen von Leiterbahnen zu vermeiden und auch einen ausreichenden Wärmeeintrag an den Randbereichen der Fügezone oder des Schweißbereichs zu erreichen.The components are supplied with heat via the conductor element arrangement forming a resistance element, which is intended to ensure a local reaching of the melting temperature of the components. The printed conductor arrangement is produced by means of a printing process and the printed conductors should transfer the heat in the area of contact with the components. Accurate adherence to the control of the printing process for forming the printed conductors is therefore essential in order, for example, to avoid local overheating of the components and local burn-through of printed conductors and also to achieve a sufficient heat input at the edge regions of the joining zone or the welding region.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, das gattungsgemäße Verfahren derart weiterzubilden, dass einerseits ein Durchbrennen einzelner Leiterbahnen verhindert wird und andererseits den Gegebenheiten einer in der Fügezone homogenen Wärmeübertragung von der Leiterbahnanordnung auf die Bauteile Rechnung getragen wird.The present invention is therefore based on the object, the generic method such that on the one hand burn through individual traces is prevented and on the other hand, the circumstances of a homogenous in the joining zone heat transfer from the trace arrangement is taken into account the components.

Die Erfindung weist zur Lösung dieser Aufgabe die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale auf, vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.The invention has to solve this problem, the features specified in claim 1, advantageous embodiments thereof are described in the further claims.

Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Bereitstellung einer Leiterbahnstruktur auf einem Trägersubstrat zur Bildung eines Widerstandselements mit zumindest einer Leiterbahnen aufweisenden Fügezone und außerhalb der Fügezone angeordneten Anschlussabschnitten, wobei die Leiterbahnen mittels eines Druckverfahrens ausgebildet werden und die Leiterbahnen im Bereich der Anschlussabschnitte mit einer größeren Leiterbahnbreite ausgebildet werden als im Bereich beabstandet zu den Anschlussabschnitten.The invention provides a method for providing a conductor track structure on a carrier substrate for forming a resistive element with at least one interconnect joining zone and connecting sections arranged outside the joining zone, wherein the interconnects are formed by a printing process and the interconnects are formed in the area of the terminal sections with a larger interconnect width as in the area spaced from the terminal sections.

Die Wärmeübertragung findet im Bereich der Fügezone vom Widerstandselement auf die zu schmelzenden Kunststoffbauteile statt, von denen eines auch das Trägersubstrat ausbilden kann, auf dem mittels des Druckverfahrens die Leiterbahnanordnung zur Bildung des Widerstandselements ausgebildet wird. In der Fügezone oder dem Schweißbereich soll der Bereich, in dem die Bauteile miteinander verschweißt werden, homogen auf Schmelztemperatur erwärmt werden.The heat transfer takes place in the region of the joining zone from the resistance element to the plastic components to be melted, one of which can also form the carrier substrate on which the printed conductor arrangement for forming the resistance element is formed by means of the printing method. In the joining zone or the welding area, the area in which the components are welded together should be heated homogeneously to the melting temperature.

An den Randbereichen des Schweißbereichs und damit der Fügezone findet verglichen mit dem inneren Bereich der Fügezone eine erhöhte Wärmeabfuhr statt, was dadurch ausgeglichen werden muss, dass die Leistungsdichte, also die Leistung pro Einheit der Fügefläche erhöht wird. Zu diesem Zweck ist es bereits beschrieben worden, die Distanz der Leiterbahnen zueinander im Randbereich der Fügezone zu verringern, um die Leistungsdichte zu erhöhen.An increased heat dissipation takes place at the edge regions of the welding region and thus the joining zone compared to the inner region of the joint zone, which must be compensated for by increasing the power density, that is to say the power per unit of the joining surface. For this purpose, it has already been described to reduce the distance of the interconnects from each other in the edge region of the joint zone in order to increase the power density.

Die Erfinder der gegenständlichen Anmeldung haben eine überraschende und maßgebliche Verbesserung der Anpassung der Leistungsdichte dadurch erreicht, dass die Leiterbahnen im Bereich der Anschlussabschnitte mit einer größeren Leiterbahnbreite ausgebildet werden als im Bereich beabstandet zu den Anschlussabschnitten.The inventors of the subject application have achieved a surprising and significant improvement in the adaptation of the power density in that the conductor tracks are formed in the region of the terminal sections with a larger track width than in the area spaced from the terminal sections.

Bei dem Bereich beabstandet zu den Anschlussabschnitten kann es sich um die Fügezone handeln und durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Verfahrens zur Bereitstellung der Leiterbahnstruktur wird eine Homogenisierung der Temperaturverteilung im Schweißbereich erreicht derart, dass die in der Fügezone gemessene minimale und maximale Temperatur nahe beieinander liegen, so dass die gesamte Fügezone nahezu homogen auf die Schmelztemperatur des Kunststoffs erwärmt wird und somit eine vollständige Verschweißung der Kunststoffbauteile erreicht wird.The area spaced from the connection sections may be the joining zone and the inventive construction of the method for providing the conductor track structure homogenization of the temperature distribution in the welding area is achieved such that the measured in the joining zone minimum and maximum temperature are close to each other, so that the entire joining zone is heated almost homogeneously to the melting temperature of the plastic and thus a complete welding of the plastic components is achieved.

Es ist dabei nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass die Leiterbahnbreite von einem Bereich zwischen den Anschlussabschnitten zu den Anschlussabschnitten hin linear oder nichtlinear ansteigt. Es bedeutet dies mit anderen Worten, dass die Leiterbahnen im Bereich aus der Fügezone heraus in Richtung zu den beiden Anschlussabschnitten hin eine zunehmende Breite aufweisen und sich die Breite der Leiterbahnen linear oder nichtlinear ändern kann, wobei dies auf den jeweiligen Anwendungsfall abgestimmt wird. It is provided according to a development of the method according to the invention that the conductor track width increases linearly or non-linearly from a region between the connection sections to the connection sections. In other words, this means that the strip conductors in the region out of the joining zone have an increasing width in the direction of the two connection sections and the width of the strip conductors can change linearly or nonlinearly, this being matched to the respective application.

Es ist nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Abstand der Leiterbahnen im Bereich der Anschlussabschnitte in Abhängigkeit der Breite der Leiterbahnen am Anschlussabschnitt und einem Abstandsfaktor festgestellt wird. Dadurch kann der Abstand der Leiterbahnen außerhalb des Schweißbereichs, also außerhalb der Fügezone und damit im freien Bereich festgelegt werden.It is provided according to a development of the invention that the distance between the conductor tracks in the region of the terminal sections is determined as a function of the width of the conductor tracks on the terminal section and a distance factor. As a result, the distance between the tracks outside the welding area, ie outside the joining zone and thus in the free area can be determined.

Es ist nach einer Weiterbildung der Erfindung auch vorgesehen, dass der Abstand der Leiterbahnen und deren Breite zwischen den Anschlussabschnitten derart bestimmt wird, dass eine von Leiterbahnen freie Fläche der Fügezone mindestens 60 Prozent der Fläche der Fügezone beträgt. Die Leiterbahnanordnung wird also derart ausgebildet, dass die freie Fläche der Fügezone mindestens 60 Prozent der Gesamtfläche der Fügezone beträgt, also mindestens 60 Prozent der Gesamtfläche der Fügezone ohne Leiterbahnen ausgebildet sind. Hierdurch wird ein homogener Wärmeeintrag innerhalb der Fügezone erreicht und die Gefahr einer Überhitzung der Leiterbahnen im freien Bereich, also außerhalb der Fügezone verringert und es kann eine sich gleichmäßig erwärmende Leiterbahnstruktur erzielt werden, die zu einem homogenen Verschweißen der Fügepartner führt und genügend Fläche im Bereich der Fügezone zur stoffschlüssigen Verbindung von geschmolzenem Material der Fügepartner bereit gestellt wird.It is also provided according to a development of the invention that the distance between the interconnects and the width between the terminal sections is determined such that a free of conductor tracks surface of the joint zone is at least 60 percent of the surface of the joint zone. The interconnect arrangement is thus designed such that the free area of the joint zone is at least 60 percent of the total area of the joint zone, ie at least 60 percent of the total area of the joint zone is formed without interconnects. As a result, a homogeneous heat input is achieved within the joining zone and reduces the risk of overheating of the interconnects in the free area, ie outside the joining zone and it can be a uniformly heating conductor track structure is achieved, which leads to a homogeneous welding of the joint partners and enough area in the Joining zone for cohesive connection of molten material of the joining partners is provided.

Es ist nach einer Weiterbildung der Erfindung auch vorgesehen, dass die Leiterbahnen der Leiterbahnanordnung mittels Auftrags einer elektrisch leitfähigen Tinte auf dem Trägersubstrat ausgebildet werden und die Tinte nach einem ersten Auftrag getrocknet und Tinte von mit Tinte bedeckten Bereichen thermisch abgetragen wird.It is also provided according to a development of the invention that the interconnects of the interconnect arrangement are formed by applying an electrically conductive ink on the carrier substrate and the ink dried after a first order and ink is thermally removed from ink-covered areas.

Durch das Abtragen von Tinte von mit Tinte bedeckten Bereichen kann Tinte dort abgetragen werden, wo sie mit dem Druckverfahren zwar aufgebracht wurde, die Bedeckung mit Tinte aber in diesen Bereichen unerwünscht erfolgte, also unerwünschte Tintenmengen appliziert wurden. Es kann dies beispielsweise dann der Fall sein, wenn Tinte an Rändern von Bereichen, an denen sie erwünscht aufgetragen wurde, verlaufen ist oder sich an den Randbereichen der erwünschten, mit Tintenauftrag erzeugten Strukturen, flache Flankenwinkel ausgebildet haben, welche zu einer Verbreiterung der Strukturen geführt haben und somit zu einem Abstand zwischen benachbarten Leiterbahnen, der nicht dem gewünschten Abstand entspricht.By removing ink from areas covered with ink, ink can be removed where it was applied by the printing process, but ink coverage was undesirable in these areas, ie unwanted amounts of ink were applied. This may be the case, for example, when ink has run along edges of areas where it has been desirably applied, or at the edge regions of the desired ink-deposited structures, flat flank angles have been formed which result in broadening of the structures have and thus to a distance between adjacent tracks, which does not correspond to the desired distance.

Durch das thermische Abtragen der Tinte aus Bereichen unerwünschter Bedeckung oder an den Rändern erwünschter Bedeckung mit Tinte beispielsweise mittels eines Lasers kann das Druckbild nachbehandelt werden und es können definierte Leiterbahngeometrien mit vorbestimmter Breite der Leiterbahnen geschaffen werden.By thermal removal of the ink from areas of unwanted coverage or at the edges of desired coverage with ink, for example by means of a laser, the printed image can be post-treated and it can defined track geometries are created with a predetermined width of the tracks.

Durch die Nachbehandlung der gedruckten Strukturen mittels des Lasers kann der Flankenwinkel der Randbereiche der Strukturen deutlich steiler ausgebildet werden und es kann eine Leiterbahnenquerschnittsform erzielt werden, die sich einem idealen Rechteck der Querschnittsform anpasst beziehungsweise annähert.By the aftertreatment of the printed structures by means of the laser, the flank angle of the edge regions of the structures can be formed significantly steeper and it can be achieved a conductor track cross-sectional shape, which adapts or approximates an ideal rectangle of the cross-sectional shape.

Nach der thermischen Nachbehandlung der gedruckten Struktur kann mittels eines weiteren Druckvorgangs Tinte auf die behandelte Struktur aufgetragen werden und somit die Dicke der Leiterbahnstruktur erhöht werden, beispielsweise verdoppelt werden. Dies umfasst auch die nur lokale Erhöhung der Leiterbahndicke zur gezielten Einstellung eines Dickenverlaufs der Leiterbahnen. Nach einer etwaigen weiteren thermischen Nachbehandlung der so gewonnenen Leiterbahnstruktur kann eine weitere Wiederholung des Druckauftrags von Tinte auf die gewonnene Struktur erfolgen und dieser Vorgang beispielsweise auch wiederholt werden, bis durch den Mehrfachdruck die gewünschte Dicke der Leiterbahnstruktur erreicht wurde.After the thermal aftertreatment of the printed structure, ink can be applied to the treated structure by means of a further printing operation and thus the thickness of the printed conductor structure can be increased, for example doubled. This also includes the only local increase of the conductor track thickness for the purposeful adjustment of a thickness profile of the conductor tracks. After any further thermal aftertreatment of the conductor track structure obtained in this way, a further repetition of the print job of ink can take place on the structure obtained, and this process can be repeated, for example, until the desired thickness of the printed conductor structure has been achieved by the multiple printing.

Es ist also nach einer Weiterbildung der Erfindung auch vorgesehen, dass das Druckverfahren die Bildung von Leiterbahnen mit einem Druckauftrag von Tinte umfasst, gefolgt von einer Trocknung der aufgetragenen Tinte und mindestens einem weiteren Druckauftrag von Tinte nach der Trocknung. Zwischen den einzelnen Druckvorgängen kann eine thermische Nachbehandlung der so gewonnenen Leiterbahnstruktur erfolgen, es ist nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aber auch vorgesehen, dass eine solche thermische Nachbehandlung beispielsweise mittels eines Lasers nur nach dem ersten Druckauftrag erfolgt und somit ein gewünschter Flankenwinkel der ersten Schicht oder Lage der leitfähigen Tinte eingestellt beziehungsweise erreicht wird.It is therefore also provided according to a development of the invention that the printing process comprises the formation of printed conductors with a print job of ink, followed by drying of the ink applied and at least one further print job of ink after drying. Between the individual printing operations, a thermal aftertreatment of the conductor track structure thus obtained can take place, but it is also provided by the method according to the invention that such a thermal aftertreatment takes place, for example, by means of a laser only after the first print job and thus a desired edge angle of the first layer or position of the conductive ink is set or achieved.

Es ist nach einer Weiterbildung der Erfindung auch vorgesehen, dass die Fügezone mit Leiterbahnen versehen wird derart, dass die Freifläche 70 Prozent der Fläche der Fügezone beträgt und die Leiterbahnbreite bLB im Mittenbereich der Fügezone und der Abstandsfaktor fa für verstärkten Kunststoff und unverstärkten Kunststoff der nachfolgend wiedergegebenen Tabelle entspricht: bLB in μm fa verstärkter Kst fa unverstärkter Kst 200 1,25–1,7 1,2–1,5 250 1,32–1,6 1,3–1,4 300 1,37–1,6 1,3–1,45 350 1,3–1,7 1,3 400 1,5 1,2 It is also provided according to a development of the invention that the joining zone is provided with conductor tracks such that the free surface is 70 percent of the surface of the joint zone and the conductor width b LB in the central region of the joint zone and the distance factor f a for reinforced plastic and unreinforced plastic following table corresponds to: b LB in μm f a reinforced Kst f a unreinforced Kst 200 1.25 to 1.7 1.2-1.5 250 1.32 to 1.6 1.3-1.4 300 1.37 to 1.6 1.3-1.45 350 1.3-1.7 1.3 400 1.5 1.2

Die Leiterbahnbreite wird dabei in Mikrometer angegeben und entspricht der Breite der Leiterbahnen im Mittenbereich der Fügezone und über den Abstandsfaktor fa, der in der Tabelle für einen mit Verstärkungsfasern in der Form von beispielsweise Kohlenstofffasern oder Glasfasern versehenen Kunststoff und auch für einen unverstärkten Kunststoff angegeben ist, bei dem es sich beispielsweise um einen Polyamid 6 (PA6) handeln kann, kann die Layoutgeometrie der Leiterbahnen in der Fügezone bestimmt werden, wobei der minimale Abstand zwischen den Leiterbahnen über eine offene Fügefläche von 70 Prozent definiert ist und der maximale Abstand dadurch beschränkt wird, dass im freien Bereich, also im Bereich benachbart zu den Anschlussabschnitten, keine Überhitzung eintreten darf.The strip width is given in micrometers and corresponds to the width of the strip conductors in the middle region of the joint zone and the distance factor f a , which is given in the table for a plastic provided with reinforcing fibers in the form of carbon fibers or glass fibers and also for an unreinforced plastic , which may be, for example, a polyamide 6 (PA6), the layout geometry of the tracks in the joint zone can be determined, the minimum distance between the tracks over an open joining surface of 70 percent is defined and the maximum distance is limited in that in the free area, ie in the area adjacent to the connection sections, no overheating may occur.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. This shows in:

1 eine Draufsichtansicht auf eine schematische Darstellung einer Leiterbahnstruktur mit zwei Kontaktbereichen, einem Schweißbereich und zwei freien Bereichen; 1 a plan view of a schematic representation of a conductor track structure with two contact areas, a welding area and two free areas;

2 eine Darstellung der rechten Hälfte der 1 mit hervorgehobenen Bereichen; und 2 a representation of the right half of the 1 with highlighted areas; and

3 eine schematische Schnittansicht einer Leiterbahnen zur Erläuterung des Flankenwinkels. 3 a schematic sectional view of a conductor tracks for explaining the flank angle.

1 der Zeichnung zeigt eine Leiterbahnstruktur 1 mit zwei Kontaktbereichen 2, einem von der Fügezone 3 ausgebildeten Schweißbereich 4 mit einer Vielzahl von parallel angeordneten Leiterbahnen 5 und zwei jeweils Übergangsbereichen oder freien Bereichen 6 zwischen der Fügezone 3 und den Kontaktbereichen 2. 1 The drawing shows a conductor track structure 1 with two contact areas 2 , one of the joining zone 3 trained welding area 4 with a plurality of parallel conductor tracks 5 and two each transition areas or free areas 6 between the joining zone 3 and the contact areas 2 ,

Die Kontaktbereiche 2 dienen zur Bildung der Anschlussabschnitte 7, an denen also jeweils ein nicht dargestellter elektrischer Leiter angeschlossen werden kann, mit dem die Leiterbahnen 5 mit elektrischer Energie zum Schmelzen des Kunststoffs der Fügepartner versorgt werden können.The contact areas 2 serve to form the connection sections 7 , to which in each case an unillustrated electrical conductor can be connected, with which the conductor tracks 5 can be supplied with electrical energy for melting the plastic of the joining partners.

Die Leiterbahnen 5 bilden ein Widerstandselement 8 aus, welches an dem in 3 dargestellten Trägersubstrat 12 angeordnet ist, bei dem es sich beispielsweise um ein erstes Kunststoffbauteil handeln kann, welches durch den Wärmeeintrag über das Widerstandselement 8 mit einem nicht näher dargestellten zweiten Kunststoffbauteil im Bereich der Fügezone 3 verschweißt werden soll.The tracks 5 form a resistance element 8th from, which at the in 3 illustrated carrier substrate 12 is arranged, which may be, for example, a first plastic component, which by the heat input via the resistance element 8th with a second plastic component, not shown, in the region of the joining zone 3 should be welded.

2 der Zeichnung zeigt die rechte Hälfte der Fügezone 3 nach 1 und den rechten Übergangsbereich oder freien Bereich 6 sowie den rechten Kontaktbereich 2. 2 The drawing shows the right half of the joining zone 3 to 1 and the right transition area or free area 6 as well as the right contact area 2 ,

Wie es ohne weiteres anhand des mit ”A” gekennzeichneten kreisförmigen Bereichs ersichtlich ist, nimmt der Abstand der Leiterbahnen 5 zum Randbereich 9 der Fügezone 3 hin ab, um die Leistungsdichte zu erhöhen, um der erhöhten Wärmeabfuhr am Randbereich 9 der Fügezone 3 Rechnung zu tragen.As is readily apparent from the circular area marked "A", the spacing of the tracks decreases 5 to the edge area 9 the joining zone 3 down to increase the power density, the increased heat dissipation at the edge region 9 the joining zone 3 Take into account.

Dagegen zeigt der mit einer Ellipse ”B” gekennzeichnete Bereich, dass im inneren oder mittleren Bereich der Fügezone 3 die Leiterbahnen 5 einen konstanten Leiterbahnenabstand zueinander aufweisen, um einer homogenen Wärmeverteilung in diesem Bereich der Fügezone 3 Rechnung zu tragen.In contrast, the area marked with an ellipse "B" shows that in the inner or middle area of the joint zone 3 the tracks 5 have a constant interconnect distance to one another, to a homogeneous heat distribution in this region of the joint zone 3 Take into account.

Der mit dem Kreis ”C” gekennzeichnete Bereich zeigt, dass die Leiterbahnen 5 im Bereich 10 benachbart zu den Anschlussabschnitten 7 mit einer zunehmenden Leiterbahnbreite bLB ausgebildet sind, welche in der der Einzelheit ”C” entsprechenden vergrößerten Darstellung ersichtlich ist und beispielsweise über eine Splinefunktion oder als interpolierter Kurvenzug zwischen Stützstellen bestimmt werden kann. Dadurch, dass die Breite bLB der Leiterbahnen 5 in Richtung zum Bereich 10 hin zunimmt, wird wiederum der Tatsache Rechnung getragen, dass auch an den Randbereichen der Fügezone 3, die den Anschlussabschnitten 7 zugewandt sind, die Wärmeabfuhr zunimmt und daher die Leistungsdichte als Leistung in Watt pro Fügefläche im Randbereich erhöht werden muss. Zudem wird durch die Verbreiterung der Leiterbahnen an dieser Stelle erreicht, dass die Leiterbahnen nicht durchbrennen, da sie hier nicht vom Fügepartner bedeckt sind und somit auch keine konduktive Wärmeabfuhr statt findet. The area marked with the circle "C" shows that the tracks 5 in the area 10 adjacent to the terminal sections 7 are formed with an increasing track width b LB , which in the detail "C" corresponding enlarged representation can be seen and can be determined for example via a spline function or as an interpolated curve between nodes. As a result, the width b LB of the conductor tracks 5 towards the area 10 In turn, the fact is taken into account that even at the edge regions of the joining zone 3 , the connecting sections 7 are facing, the heat dissipation increases and therefore the power density must be increased as power in watts per joining surface in the edge region. In addition, it is achieved by the broadening of the tracks at this point that the tracks do not burn, since they are not covered here by the joining partner and thus also no conductive heat dissipation takes place.

Der Abstand sa der Leiterbahnen 5 zueinander im Übergansbereich von der Fügezone 3 zum Anschlussabschnitt 7 ergibt sich als Funktion des vorstehend erwähnten und in der nachfolgenden Tabelle gezeigten Abstandsfaktors fa und der Breite ba der Leiterbahnen 5 direkt am Ansatz, also der Breite der Leiterbahnen direkt am Anschlussabschnitt 7 nach der Formel sa = fa·ba. bLB in μm fa verstärkter Kst fa unverstärkter Kst 200 1,25–1,7 1,2–1,5 250 1,32–1,6 1,3–1,4 300 1,37–1,6 1,3–1,45 350 1,3–1,7 1,3 400 1,5 1,2 The distance s a of the conductor tracks 5 to each other in the transition area of the joining zone 3 to the connection section 7 arises as a function of the above-mentioned and shown in the table below distance factor f a and the width b a of the conductor tracks 5 directly at the base, ie the width of the tracks directly at the connection section 7 according to the formula s a = f a · b a . b LB in μm f a reinforced Kst f a unreinforced Kst 200 1.25 to 1.7 1.2-1.5 250 1.32 to 1.6 1.3-1.4 300 1.37 to 1.6 1.3-1.45 350 1.3-1.7 1.3 400 1.5 1.2

Die Tabelle zeigt, dass der Abstandsfaktor fa in Abhängigkeit der Leiterbahnbreite bLB zunimmt.The table shows that the distance factor f a increases as a function of the track width b LB.

Die offene Fügefläche im Bereich der Fügezone 3 beträgt bei dem in 1 und 2 der Zeichnung dargestellten Beispiel 74 Prozent.The open joining surface in the area of the joining zone 3 is at the in 1 and 2 The example shown in the drawing 74 percent.

Die Dicke der Probe, an welcher der in den Zeichnungen dargestellte Aufbau der Leiterbahnstruktur 1 angeordnet ist, beträgt 2 mm und der Faservolumenanteil der Probe beträgt 50 Prozent, es handelt sich bei der nicht näher dargestellten Probe um einen Kunststoff Polyamid 6 (PA6).The thickness of the sample on which the structure of the printed conductor structure shown in the drawings 1 is arranged, is 2 mm and the fiber volume fraction of the sample is 50 percent, it is in the unspecified sample to a plastic polyamide 6 (PA6).

3 der Zeichnung zeigt eine auf dem Trägersubstrat 12 im Querschnitt dargestellte, durch Auftrag einer leitfähigen Tinte 11 ausgebildete Leiterbahn 5, deren Flankenwinkel α relativ zum Trägersubstrat 12 mittels eines nicht näher dargestellten Lasers deutlich erhöht werden kann, indem Tinte im angeschrägten Bereich 13 thermisch entfernt wird und somit der Flankenwinkel α in Richtung des Pfeils P vergrößert wird, und somit eine Leiterbahnstruktur 5 ausgebildet wird, die sich im Querschnitt betrachtet an ein ideales Rechteck annähert. 3 The drawing shows a on the carrier substrate 12 in cross-section, by application of a conductive ink 11 Traced conductor 5 whose flank angle α relative to the carrier substrate 12 can be significantly increased by a laser, not shown, by ink in the tapered area 13 is thermally removed and thus the flank angle α is increased in the direction of the arrow P, and thus a conductor track structure 5 is formed, which approximates in cross-section to an ideal rectangle.

Bei der in 1 der Zeichnung dargestellten Ausführungsform des Widerstandselements 8 wird von einer bevorzugten Leiterbahnbreite bLB von 250 μm ausgegangen, die auf einem Trägersubstrat aus dem bereits erwähnten kohlenstofffaserverstärkten Polyamid 6 aufgebracht wurde. Untersuchungen haben ergeben, dass sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch Leiterbahnenstrukturen zur Bildung eines Widerstandselements an einem unidirektionalen, mit glasfaserverstärktem Polyamid 6, einem quasiisotropen mit Kohlenstofffaser verstärkten Polyamid 6 oder einem unverstärkten Polyamid 6 ausbilden lassen.At the in 1 the drawing illustrated embodiment of the resistive element 8th is assumed that a preferred track width b LB of 250 microns, which was applied to a carrier substrate of the already mentioned carbon fiber reinforced polyamide 6. Investigations have shown that with the method according to the invention it is also possible to form interconnect structures to form a resistive element on a unidirectional polyamide 6 reinforced with glass fiber, a quasi-isotropic carbon fiber reinforced polyamide 6 or an unreinforced polyamide 6.

Durch den Einsatz eines Mehrfachdrucks von leitfähiger Tinte und die thermische Nachbehandlung mittels eines Lasers können beliebige Leiterbahnengeometrien an einem flächigen Druck ausgebildet werden und zwar mit hochpräzisen Leiterbahnstrukturen und hoher Feinheit und zwar auch unterhalb einer Leiterbahnbreite von 200 μm. Durch die Möglichkeit der Nachbehandlung des Druckbilds mittels eines Lasers ergibt sich auch der Vorteil einer ausgesprochen hohen Wiederholungsgenauigkeit des Druckbilds, was bei der Ausbildung der Leiterbahnstruktur durch Mehrfachdruck von großem Vorteil ist und das erfindungsgemäße Verfahren erhöht auch die Reproduzierbarkeit des Druckbilds und erzielt damit auch eine Verringerung der Gefahr des Durchbrennens von Leiterbahnen des Widerstandselements.By using a multiple printing of conductive ink and the thermal aftertreatment by means of a laser, any conductor track geometries can be formed on a flat printing with high-precision printed conductor structures and high fineness, even below a printed conductor width of 200 μm. The possibility of the post-treatment of the printed image by means of a laser also results in the advantage of a very high repeat accuracy of the printed image, which is a great advantage in the formation of the printed conductor structure by multiple printing and the inventive method also increases the reproducibility of the printed image and thus achieves a reduction the danger of burning through conductor tracks of the resistor element.

Durch die deutliche Vergrößerung des Flankenwinkels können Leiterbahnstrukturen geschaffen werden, die im Zwischenraum zwischen den einzelnen Leiterbahnen große Freiflächen besitzen, die zum Durchtritt von Schmelze und damit zum ungehinderten Schmelzaustausch zwischen den Fügepartnern zur Verfügung steht.Due to the significant increase in the flank angle conductor tracks structures can be created, which have large open spaces in the space between the individual tracks that the passage of melt and thus for unimpeded melt exchange between the joining partners is available.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Ausbildung von Widerstandselementen auf faserverstärkten oder unverstärkten Kunststoffen, wobei dies von der Art der Verstärkungsfasern unabhängig ist und auch für unterschiedliche Laminataufbauten, wie beispielsweise quasiisotrope oder unidirektionalen Aufbauten und auch für unterschiedliche Fügepartner aus unterschiedlichen Werkstoffen, bei denen auch einer der Partner Verstärkungsfasern besitzen kann, während der andere Fügepartner frei ist von Verstärkungsfasern.The inventive method is suitable for the formation of resistive elements on fiber-reinforced or unreinforced plastics, which is independent of the nature of the reinforcing fibers and for different laminate structures, such as quasi-isotropic or unidirectional structures and also for different joining partners made of different materials, in which also one of Partner may have reinforcing fibers, while the other joining partner is free of reinforcing fibers.

Hinsichtlich vorstehend im Einzelnen nicht näher erläuterter Merkmale der Erfindung wird im übrigen ausdrücklich auf die Ansprüche und die Zeichnung verwiesen.With regard to features of the invention which are not explained in greater detail above, reference is expressly made to the claims and the drawings.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
LeiterbahnstrukturConductor structure
22
Kontaktbereichcontact area
33
Fügezonejoint zone
44
Schweißbereichwelding area
55
Leiterbahnconductor path
66
freier Bereich, Übergangsbereichfree area, transition area
77
Anschlussabschnittconnecting section
88th
Widerstandselementresistive element
99
Randbereichborder area
1010
BereichArea
1111
Tinteink
1212
Trägersubstratcarrier substrate
1313
dreieckförmiger, angeschrägter Bereichtriangular, bevelled area
PP
Pfeilarrow

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102015205656 [0002] DE 102015205656 [0002]

Claims (10)

Verfahren zur Bereitstellung einer Leiterbahnstruktur (1) auf einem Trägersubstrat (12) zur Bildung eines Widerstandselements (8) mit zumindest einer Leiterbahnen (5) aufweisenden Fügezone (3) und außerhalb der Fügezone (3) angeordneten Anschlussabschnitten (7), wobei die Leiterbahnen (5) mittels eines Druckverfahrens ausgebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (5) im Bereich der Anschlussabschnitte (7) mit einer größeren Leiterbahnbreite (bLB) ausgebildet werden als im Bereich beabstandet zu den Anschlussabschnitten (7).Method for providing a printed conductor structure ( 1 ) on a carrier substrate ( 12 ) for forming a resistance element ( 8th ) with at least one conductor tracks ( 5 ) joining zone ( 3 ) and outside the joining zone ( 3 ) arranged connecting sections ( 7 ), wherein the conductor tracks ( 5 ) are formed by means of a printing method, characterized in that the conductor tracks ( 5 ) in the region of the connecting sections ( 7 ) are formed with a larger track width (b LB ) than in the area spaced from the terminal sections ( 7 ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zu den Abschlussabschnitten (7) beabstandete Bereich von der Fügezone (3) gebildet wird.A method according to claim 1, characterized in that to the end sections ( 7 ) spaced area from the joining zone ( 3 ) is formed. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnbreite (bLB) von einem Bereich zwischen den Anschlussabschnitten (7) zu den Anschlussabschnitten (7) hin linear oder nichtlinear ansteigt.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the conductor track width (b LB ) of a region between the connecting portions ( 7 ) to the connecting sections ( 7 ) increases linearly or nonlinearly. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Leiterbahnen im Bereich der Anschlussabschnitte (7) in Abhängigkeit der Breite (ba) der Leiterbahnen (5) am Anschlussabschnitt (7) und einem Abstandsfaktor (fa) festgelegt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the spacing of the conductor tracks in the region of the connecting sections ( 7 ) depending on the width (b a ) of the tracks ( 5 ) at the connection section ( 7 ) and a distance factor (f a ). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Leiterbahnen und deren Breite zwischen den Anschlussabschnitten (7) derart bestimmt wird, dass eine von Leiterbahnen (5) freie Fläche der Fügezone (3) mindestens 60 Prozent der Fläche der Fügezone (3) beträgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the spacing of the strip conductors and their width between the connecting sections ( 7 ) is determined such that one of tracks ( 5 ) free area of the joining zone ( 3 ) at least 60 percent of the area of the joining zone ( 3 ) is. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (5) mittels Auftrags einer elektrisch leitfähigen Tinte (11) auf dem Trägersubstrat (12) ausgebildet werden und die Tinte (11) nach einem ersten Auftrag getrocknet und Tinte von mit Tinte bedeckten Bereichen thermisch abgetragen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the conductor tracks ( 5 ) by applying an electrically conductive ink ( 11 ) on the carrier substrate ( 12 ) and the ink ( 11 ) is dried after a first application and ink is thermally ablated from ink-covered areas. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abtragen von Tinte ein Laserstrahl verwendet wird derart, dass sich ein Flankenwinkel (α) eines Bereichs der Leiterbahn (5) vor dem Abtrag vom Flankenwinkel (α) nach dem Abtrag unterscheidet.A method according to claim 6, characterized in that for the removal of ink, a laser beam is used such that a flank angle (α) of a portion of the conductor track ( 5 ) before removal from the flank angle (α) after the removal differs. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckverfahren die Bildung von Leiterbahnen (5) mit einem Druckauftrag von Tinte (11), gefolgt von einer Trocknung der aufgetragenen Tinte (11) und mindestens einem weiteren Druckauftrag von Tinte (11) nach der Trocknung umfasst.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the printing method, the formation of printed conductors ( 5 ) with a print job of ink ( 11 ), followed by drying of the applied ink ( 11 ) and at least one more print job of ink ( 11 ) after drying. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägersubstrat (12) eines der zu verschweißenden Bauteile verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that as carrier substrate ( 12 ) One of the components to be welded is used. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügezone (3) mit Leiterbahnen (5) versehen wird derart, dass die freie Fläche 70 Prozent der Fläche der Fügezone (3) beträgt und die Leiterbahnbreite (bLB) im Mittenbereich der Fügezone (3) und der Abstandsfaktor (fa) für verstärkten Kunststoff (Kst) und unverstärkten Kunststoff der folgenden Tabelle entsprechen: bLB in μm fa verstärkter Kst fa unverstärkter Kst 200 1,25–1,7 1,2–1,5 250 1,32–1,6 1,3–1,4 300 1,37–1,6 1,3–1,45 350 1,3–1,7 1,3 400 1,5 1,2
Method according to one of the preceding claims 4 to 9, characterized in that the joining zone ( 3 ) with conductor tracks ( 5 ) is provided such that the free area 70 percent of the area of the joint zone ( 3 ) and the conductor track width (b LB ) in the middle region of the joining zone ( 3 ) and the distance factor (f a ) for reinforced plastic (Kst) and unreinforced plastic correspond to the following table: b LB in μm f a reinforced Kst f a unreinforced Kst 200 1.25 to 1.7 1.2-1.5 250 1.32 to 1.6 1.3-1.4 300 1.37 to 1.6 1.3-1.45 350 1.3-1.7 1.3 400 1.5 1.2
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