DE102017201634B3 - Strand-shaped element and method for producing a strand-like element - Google Patents
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Abstract
Das strangförmige Element, welches als eine elektrische Leitung ausgebildet ist, weist einen Kern sowie einen diesen umgebenden Mantel auf, welcher von einer leitfähigen Struktur umgeben ist. Die leitfähige Struktur ist mit Hilfe eines Laser-Direkt-Strukturierungs-Verfahren auf den Mantel aufgebracht und bildet eine Schirmlage. Durch diese Maßnahme lassen sich Leitungen mit sehr geringen Durchmessern prozesssicher und effektiv mit einer leitfähigen Struktur, insbesondere Schirmung versehen.The strand-shaped element, which is formed as an electrical line, has a core and a surrounding jacket, which is surrounded by a conductive structure. The conductive structure is applied to the cladding by means of a laser direct patterning process and forms a shielding layer. By this measure, cables with very small diameters can be reliably and effectively provided with a conductive structure, in particular shielding.
Description
Die Erfindung betrifft ein strangförmiges Element, welches sich in einer Längsrichtung erstreckt und einen Kern sowie einen diesen umgebenden Mantel aufweist, welcher von einer leitfähigen Struktur umgeben ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen strangförmigen Elements.The invention relates to a strand-like element which extends in a longitudinal direction and has a core and a surrounding jacket which is surrounded by a conductive structure. The invention further relates to a method for producing such a strand-shaped element.
Unter strangförmiges Element werden allgemein sich in Längsrichtung erstreckende Gebilde mit vorzugsweise kreisrundem Querschnitt verstanden. Das strangförmige Element weist dabei insbesondere einen Durchmesser im Bereich von einstelligen Millimetern bis zweistelligen Zentimetern auf, ohne hierauf beschränkt zu sein.Under strand-shaped element are generally understood to be longitudinally extending structure having preferably circular cross-section. The strand-shaped element in particular has a diameter in the range of single-digit millimeters to tens of centimeters, without being limited thereto.
Aus der
In der US 2017 / 0 068 341 A1 ist ein Stift beschrieben, der zu einer Eingabe auf einem elektrischen Gerät dient.In US 2017/0 068 341 A1 a pen is described, which serves for an input on an electrical device.
Der US 2014 / 0 232 503 A1 ist eine insbesondere mechanisch flexible elektrische Spulenanordnung und ein Verfahren zu deren Fertigung zu entnehmen.The US 2014/0 232 503 A1 discloses a particularly mechanically flexible electrical coil assembly and a method for their production.
Die
Aus der
Bei dem strangförmigen Element handelt es sich vorzugsweise um ein biegeflexibles Element, wie beispielsweise ein Schlauch. Alternativ ist das Element steif und als ein Rohr ausgebildet. Bei einer Ausgestaltung als Rohr oder Schlauch ist der Kern vorzugsweise durch einen Hohlraum gebildet.The strand-shaped element is preferably a flexurally flexible element, such as a hose. Alternatively, the element is rigid and formed as a tube. In one embodiment as a tube or hose, the core is preferably formed by a cavity.
Insbesondere handelt es sich bei dem strangförmigen Element jedoch um eine elektrische Leitung.In particular, however, the strand-shaped element is an electrical line.
Zur Schirmung von elektrischen Leitungen sind grundsätzlich unterschiedliche Schirmvarianten bekannt. Neben Geflecht - oder Seilschirmen aus einer Vielzahl von einzelnen Schirmdrähten werden speziell bei Datenleitungen häufig Folienschirme eingesetzt, bei denen die Folie entweder längsgefaltet oder auch gewickelt angebracht ist. Bei der Schirmung handelt es sich allgemein um eine leitfähige Struktur.For shielding of electrical lines fundamentally different screen variants are known. In addition to braided or rope screens made from a large number of individual shielding wires, film screens are often used, especially in the case of data lines, in which the film is either folded along or also wound. The shield is generally a conductive structure.
Für viele Anwendungen speziell in der Kraftfahrzeugeindustrie werden Leitungen mit geringem Außendurchmesser gewünscht, beispielsweise für Versorgungsleitungen, über die nur geringe Ströme übertragen werden müssen und speziell auch für Datenleitungen. Letztere benötigen jedoch weiterhin häufig eine Schirmung, um die gewünschten Übertragungseigenschaften zu erreichen, speziell bei hochfrequenten Datenübertragungen. Aufgrund des sehr geringen Außendurchmessers besteht hierbei jedoch ein Problem beim Aufbringen der Schirmlagen. So sind sowohl die Schichtdicke als auch die Streifenbreite der aufzubringenden Schirmfolie produktionstechnisch limitiert. Eine zu dünne Folie wäre mechanisch instabil, sodass diese nicht mehr prozesssicher aufgebracht werden kann. Im Hinblick auf die Breite der Folie weisen aktuell schmälste Folien eine Breite von 6 mm auf, über die der Außendurchmesser nach unten begrenzt ist. Dies führt typischerweise zu einem minimalen Außendurchmesser des Mantels, auf den die Schirmung aufgebracht ist, von etwa 2 mm.For many applications, especially in the automotive industry lines with small outer diameter are desired, for example, for supply lines over which only small currents must be transmitted and especially for data lines. However, the latter still often require shielding in order to achieve the desired transmission characteristics, especially in high-frequency data transmissions. Due to the very small outer diameter, however, there is a problem in applying the shield layers. Thus, both the layer thickness and the stripe width of the applied screen foil are limited in terms of production technology. Too thin a film would be mechanically unstable, so that it can no longer be applied process reliable. With regard to the width of the film currently narrowest films have a width of 6 mm, over which the outer diameter is limited downwards. This typically results in a minimum outer diameter of the shell on which the shield is applied of about 2 mm.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung der Aufgabe zugrunde, eine Leitung mit geringem Außendurchmesser, mit einer leitfähigen Struktur anzugeben, die prozesstechnisch einfach aufzubringen ist.Proceeding from this, the present invention seeks to provide a line with a small outer diameter, with a conductive structure, which is simple to apply process technology.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein strangförmiges Element sowie durch ein Verfahren zur Herstellung und eines solchen strangförmigen Elements. Das strangförmige Element erstreckt sich in einer Längsrichtung und weist einen Kern und einen diesen umgebenden Mantel auf, welcher von einer leitfähigen Struktur umgeben ist, wobei die leitfähige Struktur mit Hilfe eines Laser Direct Structuring-Verfahrens auf den Mantel aufgebracht ist und hierzu der Mantel aus einem Kunststoffmaterial besteht, welches Additive aufweist, wobei im Bereich der leitfähigen Struktur die Additive durch eine Laserbehandlung aktiviert sind und auf die aktivierten Bereiche eine Metallschicht aufgebracht ist.The object is achieved according to the invention by a strand-shaped element and by a method for producing such a strand-like element. The strand-like element extends in a longitudinal direction and has a core and a surrounding shell, which is surrounded by a conductive structure, wherein the conductive structure is applied by means of a laser direct structuring method on the jacket and this the jacket of a Plastic material is made, which has additives, wherein in the region of the conductive structure, the additives are activated by a laser treatment and on the activated regions, a metal layer is applied.
Bei dem Verfahren zur Herstellung eines strangförmigen Elements, wird in einem ersten Schritt eine Oberfläche des Mantels mittels zumindest eines Lasers behandelt und in einem zweiten Schritt wird eine Metallschicht aufgebracht.In the method for producing a strand-like element, in a first step, a surface of the shell is treated by means of at least one laser and in a second step, a metal layer is applied.
Die im Hinblick auf das strangförmige Element nachfolgend angeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf das Verfahren und umgekehrt zu übertragen.The advantages and preferred embodiments mentioned below with regard to the strand-like element are to be transferred analogously also to the process and vice versa.
Das strangförmige Element ist vorliegend als eine elektrische Leitung ausgebildet und die leitfähige Struktur bildet eine den Mantel und damit den Kern umgebende Schirmung aus. Der Kern weist allgemein ein oder mehrere Übertragungselemente auf, beispielsweise optische und/oder elektrische Übertragungselemente entweder zur Stromübertragung oder zur Datenübertragung. Nachfolgend werden die Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen - ohne Beschränkung der Allgemeinheit - insbesondere im Zusammenhang mit der Leitung näher erläutert. Bei dem Kern handelt es sich im einfachsten Fall um einen Leiter, beispielsweise einen Leiterdraht oder auch um einen Litzenleiter. Kern und Mantel bilden in dieser einfachsten Ausgestaltung eine Ader, d.h. es handelt sich um eine einadrige geschirmte Leitung oder um ein Koaxialkabel. Alternativ besteht der Kern aus mehreren einzelnen Adern oder Teilleitungen, die von einem gemeinsamen Mantel umgeben sind, auf den dann die leitfähige Struktur zur Ausbildung einer Schirmlage aufgebracht ist. Vorzugsweise ist die leitfähige Struktur noch von einem Außenmantel umgeben. In the present case, the strand-shaped element is designed as an electrical line and the conductive structure forms a shield surrounding the jacket and thus the core. The core generally has one or more transmission elements, for example optical and / or electrical transmission elements either for power transmission or for data transmission. Hereinafter, the advantages and preferred embodiments - without limiting the generality - in particular in connection with the line explained in more detail. In the simplest case, the core is a conductor, for example a conductor wire or else a stranded conductor. Core and shell form a core in this simplest embodiment, ie it is a single-core shielded cable or a coaxial cable. Alternatively, the core consists of a plurality of individual wires or sub-lines, which are surrounded by a common jacket, on which then the conductive structure is applied to form a shielding layer. Preferably, the conductive structure is still surrounded by an outer sheath.
Durch das hier beschriebene Verfahren lassen sich auch bei derartigen Elementen in einfacher Weise leitfähige Strukturen an der Außenseite des Mantels erzeugen. Allgemein können diese Strukturen - neben der Verwendung als Schirmung - in verschiedenster Weise genutzt werden. Beispielsweise wird die leitfähige Struktur als Heizelement (elektrische Widerstandsheizung) zur Erwärmung insbesondere des Elements selbst oder auch allgemein als Leiterbahnen z.B. für eine Daten-übermittlung oder auch für eine Stromversorgung genutzt. Durch eine geeignete Strukturierung der leitfähigen Struktur können zudem auch elektrische Bauteile auf dem Mantel, wie z.B. eine Spule, Kondensator, Antenne etc. ausgebildet werden.The method described here makes it possible to produce conductive structures on the outside of the jacket in a simple manner even with such elements. In general, these structures - in addition to the use as a shield - can be used in a variety of ways. For example, the conductive structure is used as a heating element (electrical resistance heating) for heating in particular the element itself or also generally as conductor tracks, e.g. used for data transmission or for a power supply. In addition, by suitable structuring of the conductive structure, it is also possible to use electrical components on the cladding, e.g. a coil, capacitor, antenna, etc. are formed.
Erfindungsgemäß ist allgemein vorgesehen, dass die leitfähige Struktur, speziell die Schirmlage mit Hilfe des sogenannten LDS-Verfahrens (Laser Direct Structuring) unmittelbar auf den Mantel aufgebracht ist. Der Mantel besteht hierzu aus einem Kunststoffmaterial, welches Additive aufweist. Bei diesen handelt es sich um metallische, insbesondere metallorganische Additive. Im Bereich der leitfähigen Struktur sind diese Additive an einer Oberfläche des Mantels durch eine Laserbehandlung freigelegt und aktiviert. Durch die Laserbehandlung hat insbesondere auch ein gewisser Materialabtrag bzw. ein Aufrauen der Oberfläche stattgefunden, sodass sich die laserbehandelten Oberflächenbereiche von denen unterscheiden, die gegebenenfalls nicht laserbehandelt sind. Die beigefügten Additive sind dabei speziell derart ausgebildet, dass sie aufgrund der Laserbehandlung sogenannte metallische Keime ausbilden. Auf diese aktivierten Bereiche der Oberfläche ist schließlich noch eine Metallschicht aufgebracht. Die Oberfläche erfährt daher durch die Laserbehandlung eine Aktivierung infolge der eingebrachten Additive. Auf den aktivierten Oberflächenbereichen ist die Metallschicht abgeschieden. Unter Metallschicht ist hierbei sowohl eine flächige, durchgehende Schicht als auch eine unterbrochene Schicht verstanden, die lediglich durch einzelne ggf. auch nicht miteinander verbundene metallisierte Bereiche gebildet ist. Die Metallschicht ist hierbei insbesondere durch ein chemisches Abscheideverfahren aufgebracht. Alternativ und insbesondere ergänzend wird die Metallschicht durch ein galvanische Abscheideverfahren aufgebracht.According to the invention, provision is generally made for the conductive structure, in particular the shielding layer, to be applied directly to the jacket by means of the so-called LDS method (laser direct structuring). The jacket consists for this purpose of a plastic material which has additives. These are metallic, in particular organometallic, additives. In the area of the conductive structure, these additives are exposed on a surface of the cladding by a laser treatment and activated. By the laser treatment, in particular, a certain material removal or roughening of the surface has taken place, so that the laser-treated surface areas differ from those which may not have been laser-treated. The added additives are specifically designed so that they form so-called metallic nuclei due to the laser treatment. Finally, a metal layer is applied to these activated areas of the surface. The surface therefore undergoes activation by the laser treatment as a result of the introduced additives. The metal layer is deposited on the activated surface areas. Under metal layer here is understood both a flat, continuous layer as well as an interrupted layer, which is formed only by individual possibly also not interconnected metallized areas. The metal layer is in this case applied in particular by a chemical deposition process. Alternatively and in particular in addition, the metal layer is applied by a galvanic deposition process.
Das LDS-Verfahren ist grundsätzlich bekannt und wird beispielsweise zur Erzeugung von Leiterbahnen auf komplexen 3D-Bauteilen eingesetzt.The LDS method is basically known and is used, for example, for the production of printed conductors on complex 3D components.
Herstellungstechnisch wird hierbei derart vorgegangen, dass mittels zumindest eines Lasers die Oberfläche des Mantels bestrahlt wird, wodurch eine Freilegung und Aktivierung der Additive erfolgt. Anschließend wird die metallische Schicht aufgebracht. Dies erfolgt speziell in einem Metallisierungsbad durch insbesondere chemisches Abscheiden, durch das die Leitung hindurchgeführt wird. Bei dem Metallisierungsverfahren handelt es sich dabei vorzugsweise um ein stromloses Verfahren. Als Metallschicht wird dabei vorzugsweise eine Kupfer-Schicht abgeschieden. Grundsätzlich lassen sich jedoch auch andere Metalle auftragen.In terms of manufacturing, in this case the procedure is such that the surface of the jacket is irradiated by means of at least one laser, thereby exposing and activating the additives. Subsequently, the metallic layer is applied. This is done especially in a metallization by particular chemical deposition, through which the line is passed. The metallization process is preferably an electroless process. In this case, a copper layer is preferably deposited as the metal layer. In principle, however, other metals can be applied.
Kunststoffmaterialien mit geeigneten Additiven für ein derartiges LDS-Verfahren sind grundsätzlich kommerziell erhältlich. Durch das LDS-Verfahren wird mittels eines speziellen chemischen Abscheideverfahrens also eine Metallisierung auf den Mantel derart aufgebracht, dass hierdurch eine effektive leitfähige Struktur ausgebildet wird. Durch diese Maßnahme werden eine Vielzahl von Vorteilen im Vergleich zu herkömmlichen Schirmungen erreicht:
- - Aufgrund der feinen, mit einem Laser erzeugbaren Strukturen lässt sich dieses Verfahren insbesondere auch bei Leitungen mit nur geringen Außendurchmessern anwenden. Eine Miniaturisierung der Leitung ist daher nicht durch die Schirmung begrenzt.
- - Aufgrund des unmittelbaren Aufbringens durch das Abscheiden sind zudem auch extrem dünne Schichtdicken für die leitfähige Struktur ermöglicht, ohne dass Defekte in der leitfähige Struktur und damit der Schirmung zu befürchten sind. Insgesamt ist dadurch eine Metalleinsparung erzielt. Bevorzugt werden beispielsweise lediglich wenige Atomlagen aufgebracht. Die Schichtdicke ist in einfacher Weise vorzugsweise über die Verweilzeit beim Metallisieren im Metallisierungsbad einzustellen.
- - Weiterhin sind durch das Laser-Strukturieren beliebige Geometrien für die Ausbildung der leitfähigen Struktur ermöglicht, sodass die leitfähige Struktur für den jeweiligen Anwendungsfall optimiert ausgebildet werden kann. Durch diese hohe Flexibilität für die Strukturierung aufgrund von unterschiedlichen Einstellmöglichkeiten beim Laser in Kombination mit der variablen Schichtdicke lassen sich daher in einfacher Weise unterschiedlichste Strukturen mit unterschiedlichen Schichtdicken ausbilden. Beispielsweise lassen sich vollflächige, insbesondere extrem dünne (Schirm-) Lagen ausbilden oder auch einzelne diskrete (Schirm-) Bahnen, die beispielsweise eine Wendel, ein Kreuzgeflecht oder eine Spirale ausbilden.
- - Due to the fine, can be generated by a laser structures, this method can be used especially for cables with only small outer diameters. A miniaturization of the line is therefore not limited by the shielding.
- - Due to the direct application by the deposition also extremely thin layer thicknesses are made possible for the conductive structure, without defects in the conductive structure and thus the shielding are to be feared. Overall, this is a metal saving achieved. For example, only a few atomic layers are preferably applied. The layer thickness can be adjusted in a simple manner, preferably over the residence time during metallization in the metallization.
- - Furthermore, any geometries for the formation of the conductive structure are made possible by the laser structuring, so that the conductive structure can be optimized for the particular application. Due to this high flexibility for the structuring due to different adjustment possibilities in the laser in combination with the variable layer thickness, it is therefore possible in a simple manner to form a very wide variety of structures with different layer thicknesses. For example, it is possible to form full-area, in particular extremely thin (screen) layers or even individual discrete (screen) webs which form, for example, a helix, a cross braid or a spiral.
Gemäß einer ersten Ausführungsvariante ist die leitfähige Struktur vollflächig auf den Mantel aufgebracht und umgibt diesen in Umfangsrichtung auch vollständig. Die leitfähige Struktur bildet daher eine geschlossene, den Mantel vollständig umgebende Hülle.According to a first embodiment, the conductive structure is applied over the entire surface of the jacket and surrounds it completely in the circumferential direction. The conductive structure therefore forms a closed envelope completely surrounding the jacket.
Bei Leitungen, die im Einsatz Biegewechsel-Beanspruchungen unterliegen, besteht - speziell bei derartigen vollflächigen Lagen - die Gefahr, dass diese im Laufe der Zeit Schaden nehmen und beispielsweise Knickstellen oder auch Mikrorisse ausbilden. Gemäß einer zweiten bevorzugten Variante überdeckt die leitfähige Struktur den Mantel daher nicht vollständig und ist vielmehr strukturiert aufgebracht und bildet ein vorgegebenes Muster aus. Die leitfähige Struktur ist dabei wahlweise als ein netzförmiges, spiralförmiges, punktförmiges oder auch mäanderförmiges Muster auf den Mantel aufgebracht. Im Falle eines spiralförmigen Musters umläuft zumindest ein strangförmiger metallisierter Bereich, nachfolgend auch als (Schirm-)Bahn bezeichnet, den Mantel nach Art einer Wendel. Grundsätzlich können auch mehrere nebeneinander angeordnete Bahnen die leitfähige Struktur ausbilden. Alternativ ist ein mäanderförmiger Verlauf vorgesehen.In the case of cables which are subject to bending stress in use, there is the danger - especially in the case of such full-surface layers - that they will be damaged over time and form, for example, kinks or even microcracks. According to a second preferred variant, therefore, the conductive structure does not completely cover the cladding and instead is applied in a structured manner and forms a predetermined pattern. The conductive structure is optionally applied as a net-shaped, spiral, punctiform or meandering pattern on the jacket. In the case of a spiral-shaped pattern, at least one strand-shaped metallized region, also referred to below as the (shield) web, orbits around the jacket in the manner of a helix. In principle, a plurality of juxtaposed webs can form the conductive structure. Alternatively, a meandering course is provided.
Um die leitfähige Struktur vollständig umlaufend um den Mantel auszubilden, sind beim Herstellungsverfahren vorzugsweise zumindest zwei Laser und beispielsweise exakt drei Laser vorgesehen, die gemeinsam den gesamten Umfang des Mantels zur Aktivierung der Additive überdecken, d. h. ein jeweiliger Laser weist eine Strahlweite auf und ist derart positioniert, dass die Laser mit ihren Strahlweiten den gesamten Umfang überdecken.In order to form the conductive structure completely circumferentially around the cladding, preferably at least two lasers and, for example, exactly three lasers are provided in the production process, which together cover the entire circumference of the cladding for activating the additives, i. H. a respective laser has a beam width and is positioned such that the lasers cover the entire circumference with their beam widths.
Alternativ zu dieser Ausführungsvariante rotiert entweder der zumindest und vorzugsweise der genau eine Laser bzw. die Leitung um ihre Längsachse. Bevorzugt rotiert der Laser, es wird also vorzugsweise ein Rotationslaser eingesetzt.As an alternative to this embodiment, either the at least and preferably the exactly one laser or the line rotates about its longitudinal axis. Preferably, the laser rotates, so it is preferably a rotary laser used.
Sofern eine strukturierte Schirmlage (leitfähige Struktur) mit einer beispielsweise spiralförmig umlaufenden durchgehenden Schirmbahn mithilfe von mehreren Lasern aufgebracht werden soll, so ist eine hochgenaue Fortführung des Bahnmusters des ersten Lasers durch den zweiten Laser erforderlich. Aufgrund der sehr feinen Strukturen ist dies häufig prozesstechnisch nicht zuverlässig umzusetzen. Beispielsweise führen bereits geringe Vibrationen der Leitung dazu, dass ein Versatz zwischen zwei Teilstücken der jeweiligen Schirmbahn im Übergabebereich von einem zum anderen Laser auftritt, sodass keine elektrisch durchgehend leitende Verbindung vorliegen würde.If a structured shielding layer (conductive structure) is to be applied by means of a plurality of lasers, for example, spirally encircling continuous shielding web, a highly accurate continuation of the path pattern of the first laser by the second laser is required. Due to the very fine structures, this is often not technically reliable to implement. For example, even slight vibrations of the line cause an offset between two sections of the respective screen path in the transfer area from one to the other laser, so that there would be no electrically continuous conductive connection.
Um dies zu vermeiden ist zweckdienlicherweise vorgesehen, dass die leitfähige Struktur mehrere (Schirm-) Bahnen aufweist, wobei eine jeweilige Bahn jeweils von einem Laser ausgebildet ist. Die Bahnen berühren sich dabei vorzugsweise nicht. Alternativ kontaktieren sie sich wechselseitig. Die Bahnen verlaufen weiterhin beispielsweise mäanderförmig, zick-zack-förmig etc. jeweils nur über einen Teilumfangsbereich des Mantels. Die Teilumfangsbereiche, die von einem jeweiligen Laser überstrichen werden, überdecken sich dabei vorzugsweise teilweise, sodass - in einer Projektion in Längsrichtung der Leitung betrachtet - die Bahnen sich überlappen.To avoid this, it is expediently provided that the conductive structure has a plurality of (screen) webs, wherein a respective web is formed in each case by a laser. The webs preferably do not touch each other. Alternatively, they contact each other mutually. The webs continue to run, for example, meandering, zig-zag, etc. each only over a partial peripheral region of the shell. The partial circumferential areas, which are covered by a respective laser, preferably overlap partially, so that - viewed in a projection in the longitudinal direction of the line - the tracks overlap.
Zur Verbesserung der Schirmwirkung ist zweckdienlicherweise weiterhin vorgesehen, dass die leitfähige Struktur an einer weiteren leitfähigen Lage angrenzt. Diese kann - je nach Anwendungsfall - durch eine herkömmliche Schirmung, beispielsweise eine Schirmfolie oder auch ein Schirmgeflecht gebildet sein. In order to improve the shielding effect, it is expedient to further provide for the conductive structure to adjoin another conductive layer. This can - depending on the application - be formed by a conventional shielding, such as a shielding foil or a braided screen.
Zweckdienlicherweise handelt es sich bei der leitfähigen Lage jedoch um einen leitfähigen Kunststoffmantel. Diese Ausführungsvariante mit der leitfähigen Lage ist speziell für derartige Schirmlagen vorgesehen, bei denen die leitfähige Struktur keine durchgehende Metallschicht aufweist sondern lediglich ein strukturiertes Muster aufweist. Speziell wird dies bei einem - beispielsweise punktförmigen-Muster verwendet, bei dem die einzelnen metallisierten Bereiche der leitfähigen Struktur nicht miteinander verbunden sind. Dadurch werden durch die weitere leitfähige Lage quasi die einzelnen nicht verbundenen Teilmuster der leitfähigen Struktur elektrisch leitend verbunden.Conveniently, however, the conductive layer is a conductive plastic sheath. This embodiment with the conductive layer is specifically intended for such screen layers, in which the conductive structure has no continuous metal layer but merely has a structured pattern. Specifically, this is used in a - for example, punctiform pattern in which the individual metallized areas of the conductive structure are not interconnected. As a result, virtually the individual non-connected sub-patterns of the conductive structure are electrically conductively connected by the further conductive layer.
Zweckdienlicherweise handelt es sich bei dem leitfähigen Kunststoffmantel um den Mantel selbst. Neben den Additiven weist dieser daher zweckdienlicherweise ergänzend noch zusätzliche leitfähige Partikel auf, die zu einer - zumindest gewissen - Leitfähigkeit des Kunststoffes führen. Alternativ kann das verwendete Material auch eine intrinsische Leitfähigkeit aufweisen.Conveniently, the conductive plastic sheath is the sheath itself. In addition to the additives, therefore, this additionally expediently has additional conductive particles which lead to a - at least certain - conductivity of the plastic. Alternatively, the material used may also have intrinsic conductivity.
Alternativ zu der Ausgestaltung des Mantels als leitfähiger Kunststoffmantel ist auf die leitfähige Struktur ein zusätzlicher Mantel als leitfähiger Kunststoffmantel aufgebracht, sodass also die leitfähige Struktur zwischen dem Mantel und dem leitfähigen Kunststoffmantel eingebettet ist. Der leitfähige Kunststoffmantel ist beispielsweise auf die leitfähige Struktur aufextrudiert. As an alternative to the embodiment of the jacket as a conductive plastic jacket, an additional jacket is applied to the conductive structure as a conductive plastic jacket, so that therefore the conductive structure is embedded between the jacket and the conductive plastic jacket. The conductive plastic jacket is extruded onto the conductive structure, for example.
Die Leitfähigkeit der leitfähigen Lage, speziell in der Ausbildung als leitfähiger Kunststoffmantel, liegt dabei vorzugsweise deutlich unter der Leitfähigkeit von Metall, beispielsweise von Kupfer (beispielsweise um eine zumindest um den Faktor 100 geringere Leitfähigkeit).The conductivity of the conductive layer, especially in the form of a conductive plastic jacket, is preferably well below the conductivity of metal, such as copper (for example, by at least a factor of 100 lower conductivity).
Wie eingangs erwähnt, bietet sich diese mit Hilfe des LDS-Verfahrens ausgebildete -leitfähige Struktur bei Leitungen mit nur geringem Außendurchmesser an. Zweckdienlicherweise weist der Mantel daher auch einen maximalen Durchmesser von < 5 mm und insbesondere von < 2 mm oder kleiner 1,5 mm auf. Grundsätzlich lassen sich jedoch auch größere Leitungen mit einem derartigen Verfahren mit einer leitfähige Struktur versehen.As mentioned at the beginning, this conductive structure, which is formed by means of the LDS method, lends itself to cables with only a small outer diameter. Conveniently, therefore, the jacket also has a maximum diameter of <5 mm and in particular of <2 mm or less than 1.5 mm. In principle, however, larger lines can be provided with such a method with a conductive structure.
Weiterhin liegt die Dicke der leitfähigen Struktur im Bereich größer 20 µm, insbesondere größer 50 µm oder größer 80 µm. Die Dicke liegt weiterhin in einem Bereich von vorzugsweise bis 300 µm, bis 200 µm oder bis 100 µm. Bei derartigen Dicken ist eine ausreichende Schirmwirkung gegeben.Furthermore, the thickness of the conductive structure is greater than 20 .mu.m, in particular greater than 50 .mu.m or greater than 80 .mu.m. The thickness is furthermore in a range of preferably up to 300 μm, up to 200 μm or up to 100 μm. With such thicknesses a sufficient shielding effect is given.
Zweckdienlicherweise ist ergänzend auf der leitfähigen Struktur eine zusätzliche metallische Veredelungsschicht aufgebracht. Diese weist vorzugsweise ebenfalls eine vergleichbare Dicke beispielsweise im Bereich von 50 µm bis 200 µm. Die leitfähige Struktur kann daher als eine Grundschicht angesehen werden, auf der eine zusätzliche Deckschicht angebracht ist. Diese Deck- oder Veredelungsschicht ist speziell eine Zinn-Schicht. Grundsätzlich kann es sich hierbei aber auch um andere Schichten, beispielsweise aus Silber, Gold, etc. handeln. Zur Herstellung dieser weiteren zumindest einen Veredelungsschicht ist herstellungstechnisch pro zusätzliche Veredelungsschicht ein zusätzliches Metallbad angeordnet, durch die die Leitung hindurchgeführt wird. Es können daher insgesamt auch mehrschichtige Schirmungen ausgebildet werden. Die Veredelungsschicht wird vorzugsweise galvanisch aufgebracht.Conveniently, an additional metallic finishing layer is additionally applied to the conductive structure. This preferably also has a comparable thickness, for example in the range of 50 microns to 200 microns. The conductive structure can therefore be considered as a base layer on which an additional cover layer is applied. This cover or finishing layer is specifically a tin layer. In principle, however, these can also be other layers, for example of silver, gold, etc. For the production of this further at least one finishing layer manufacturing technology per additional finishing layer an additional metal bath is arranged, through which the line is passed. It is therefore also possible to form multilayered shields as a whole. The finishing layer is preferably applied galvanically.
Als Beschichtungsmaterialien für die Grundschicht und insbesondere für die Veredelungsschicht werden allgemein in Abhängigkeit der gewünschten Anforderungen neben Kupfer auch Zinn, Silber, Palladium oder Gold verwendet.As coating materials for the base layer and in particular for the finishing layer, tin, silver, palladium or gold are generally used in addition to copper, depending on the desired requirements.
Herstellungstechnisch wird im Hinblick auf eine möglichst effiziente Herstellung die leitfähige Struktur zweckdienlicherweise in einem in-line-Prozess während der Fertigung der Leitung aufgebracht. Die leitfähige Struktur wird hierzu insbesondere unmittelbar nach einem Extrusionsschritt zur Ausbildung des Mantels aufgebracht. Unter unmittelbar wird hierbei verstanden, dass zumindest keine Zwischenlagerung der vorgefertigten Leitung mit dem Mantel erfolgt. Üblicherweise ist nach der Extrusion noch eine Kühlstrecke vorgesehen, beispielsweise ein Kühlbad oder auch eine Reinigungsstrecke, beispielsweise ein Reinigungsbad. Danach erfolgt zunächst in einem ersten Schritt des LDS-Verfahrens die Laserbehandlung und anschließend das Aufbringen der metallischen Schicht. Die Leitung wird daher kontinuierlich durch die unterschiedlichen Arbeitsstationen - Extrusion des Mantels - Laserbehandlung - Metallisierungsbad - geführt, insbesondere gezogen und anschließend als End- oder Zwischenprodukt quasi als Endlosware auf eine Spule aufgerollt.In terms of manufacturing technology, the conductive structure is expediently applied in an in-line process during production of the line in order to produce as efficiently as possible. For this purpose, the conductive structure is applied in particular immediately after an extrusion step for forming the jacket. In this case, direct is understood to mean that at least no intermediate storage of the prefabricated line with the jacket takes place. Usually, a cooling section is provided after the extrusion, for example a cooling bath or a cleaning section, for example a cleaning bath. Thereafter, first in a first step of the LDS process, the laser treatment and then the application of the metallic layer. The line is therefore continuously through the different workstations - extrusion of the jacket - laser treatment - Metallisierungsbad - out, especially pulled and then rolled up as a final or intermediate quasi as endless on a spool.
Grundsätzlich ist die Aufbringung der leitfähigen Struktur jedoch auch in einem Offline-Prozess möglich. In diesem Fall wird die als Zwischenprodukt vorgefertigte Leitung mit dem Mantel zweckdienlicherweise ebenfalls kontinuierlich der Laserbehandlung unterzogen und anschließend durch das Metallisierungsbad geführt, bevor die dann mit der leitfähige Struktur versehene Leitung wieder auf eine Spule aufgerollt wird. Im Metallisierungsbad erfolgt dabei typischerweise ein stromloses, chemisches Abscheiden des Metalls auf dem Mantel.In principle, however, the application of the conductive structure is also possible in an offline process. In this case, the pre-fabricated lead with the cladding is also conveniently continuously laser-treated and then passed through the metallization bath before the lead, which is then provided with the conductive structure, is rewound onto a coil. In the metallization typically an electroless, chemical deposition of the metal takes place on the jacket.
Allgemein wird die Leitung zum Aufbringen der metallischen Schicht daher kontinuierlich durch ein Bad mit einer vorgegebenen Verweildauer im Bad geführt. Die Verweildauer ist dabei abhängig von der gewünschten Prozessgeschwindigkeit, einer gewünschten Materialdicke sowie der Abscheidungsrate im Bad. Allgemein wird eine Prozessgeschwindigkeit eingestellt, die zumindest einer bisherigen Prozessgeschwindigkeit beim Aufbringen eines Geflechtschirms entspricht. Bei einem herkömmlichen Geflechtschirm werden Prozessgeschwindigkeiten im Bereich von 1m bis 10 m pro Minute erreicht.Generally, the line for applying the metallic layer is therefore continuously passed through a bath with a predetermined residence time in the bath. The residence time is dependent on the desired process speed, a desired material thickness and the deposition rate in the bath. Generally, a process speed is set which corresponds to at least one previous process speed when applying a braid screen. In a conventional braided screen, process speeds in the range of 1m to 10m per minute are achieved.
Bei den stromlosen Metallisierungsbädern beträgt die Abscheidungsrate typischerweise etwa 8 um bis 12 µm pro Stunde, d. h. pro Stunde wird eine Schicht mit dieser Dicke erzeugt. Dies gilt speziell für herkömmliche LDS-Verfahren mit einem additiven Leiterbahnaufbau in stromlosen Kupferbädern.For the electroless plating baths, the deposition rate is typically about 8 μm to 12 μm per hour, ie. H. an hour is created with this thickness. This is especially true for conventional LDS methods with an additive trace construction in electroless copper baths.
Um möglichst hohe Prozessgeschwindigkeiten zu erreichen ist in einer bevorzugten Ausgestaltung ein zweistufiges Abscheideverfahren vorgesehen. In einer ersten Stufe erfolgt die zuvor beschriebene stromlose, chemische Abscheidung in einem ersten Metallisierungsbad, und zwar bis eine erste Dicke der aufgebrachten Schicht erreicht ist. In einer zweiten Stufe erfolgt dann eine galvanische Abscheidung bevorzugt in einem zweiten Metallisierungsbad. Dieses ist bevorzugt im in-line Prozess dem ersten Metallbad nachgeordnet. Für die zweite Stufe der galvanischen, elektrochemischen Abscheidung wird die elektrische Leitfähigkeit der zuvor erzeugten leitfähigen Struktur ausgenutzt. Diese bildet eine Elektrode, auf der das Metall abgeschieden wird. Bei einer derartigen elektrochemischen Abscheidung lassen sich höhere Auftragsraten im Vergleich zur stromlosen rein chemischen Abscheidung erreichen. Durch die Kombination der beiden Stufen wird daher die gute Strukturierbarkeit mittels des LDS-Verfahrens mit einer schnellen elektrochemischen Auftragung verbunden.In order to achieve the highest possible process speeds, a two-stage deposition process is provided in a preferred embodiment. In a first stage, the previously described electroless, chemical deposition takes place in one first metallization, and that is achieved until a first thickness of the deposited layer. In a second stage, a galvanic deposition then takes place preferably in a second metallization bath. This is preferably arranged downstream of the first metal bath in the in-line process. For the second stage of electrochemical deposition, the electrical conductivity of the previously produced conductive structure is utilized. This forms an electrode on which the metal is deposited. In such an electrochemical deposition higher order rates can be achieved compared to the electroless purely chemical deposition. The combination of the two stages therefore combines good structurability by means of the LDS method with rapid electrochemical application.
Die Leitung wird üblicherweise anschließend für den jeweiligen Anwendungsfall noch konfektioniert und hierzu wird häufig zumindest an einem Ende ein Stecker angeschlagen. Die leitfähige Struktur ist im eingebauten Zustand vorzugsweise an einem Masse- oder Grundpotential angeschlossen, beispielsweise an einem entsprechenden Massekontakt des Steckers. Alternativ ist kein elektrischer Anschluss der Schirmung ausgebildet, insbesondere beispielsweise in Kombination mit einer nur schlechten Leitfähigkeit der leitfähige Struktur und / oder der zusätzlichen leitfähigen Lage.The line is usually subsequently assembled for the particular application and this is often at least at one end a plug struck. The conductive structure is preferably connected in the installed state at a ground or ground potential, for example at a corresponding ground contact of the plug. Alternatively, no electrical connection of the shield is formed, in particular, for example, in combination with only poor conductivity of the conductive structure and / or the additional conductive layer.
Bei der Leitung handelt es sich vorzugsweise um eine Datenleitung, speziell eine einadrige oder auch eine mehradrige Datenleitung. Sie wird beispielsweise im automotiven Bereich eingesetzt.The line is preferably a data line, especially a single-core or multi-core data line. It is used for example in the automotive sector.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen in jeweils schematisierten Darstellungen:
-
1 eine Seitenansicht einer Leitung mit einer in einem Teilbereich aufgebrachten Schirmlage, -
2 eine ausschnittsweise Querschnittsdarstellung durch einen Mantel der Leitung, -
3 eine stark vereinfachte schematisierte Darstellung einer Herstellungsanlage, -
4 eine schematisierte Laseranordnung, sowie -
5A -5C verschiedene Ausführungsvarianten für strukturierte Schirmlagen.
-
1 a side view of a line with an applied in a partial area shield layer, -
2 a partial cross-sectional view through a jacket of the line, -
3 a highly simplified schematic representation of a manufacturing plant, -
4 a schematic laser arrangement, as well -
5A -5C various design variants for structured screen layers.
In der
Die leitfähige Struktur
Ergänzend ist im Ausführungsbeispiel der
Das Aufbringen der leitfähigen Struktur
Zunächst wird der Kern
Nachfolgend zu der Laservorrichtung
Nach dem Aufbringen der Metallschicht
In bevorzugter Variante erfolgt das Aufbringen der Metallschicht
In
Wie durch den Pfeil
Alternativ zu der Variante mit den drei Lasern
Insgesamt lassen sich durch die Laservorrichtung
Bei der Ausführungsvariante der
Die leitfähige Struktur
Ergänzend zu den dargestellten Mustern können diese beispielsweise an wiederkehrenden Längenpositionen, beispielsweise alle 10 cm, 20 cm, 50 cm, etc. in einem Teilabschnitt eine vollständig geschlossen umlaufende leitfähige Struktur
Insbesondere Ausführungsvarianten, bei denen die leitfähige Struktur
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