DE102018115314A1 - Verfahren zur Herstellung eines mindestens eine elektronische Komponente aufweisenden Extrusionsprofils - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines mindestens eine elektronische Komponente aufweisenden Extrusionsprofils Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mindestens eine elektronische Komponente (1) aufweisenden Extrusionsprofils (2), wobei die, vorzugsweise strangförmig in Extrusionsrichtung (x) verlaufende, elektronische Komponente (1) mindestens ein Anschlusselement (3) zur elektrischen Stromversorgung aufweist, und wobei die elektronische Komponente (1) im Wege der Extrusion mit Extrusionsmaterial (4) ummantelt wird. Erfindungsgemäß wird das Anschlusselement (3) mit einem elektrischen, vorzugsweise strangförming in Extrusionsrichtung (x) verlaufenden, Leiter (5) elektrisch verbunden, so dass der in das Extrusionsprofil (2) integrierte elektrische Leiter (5) eine elektrische Anschlussstelle des Extrusionsprofils (2) für die elektronische Komponente (1) bildet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mindestens eine elektronische Komponente aufweisenden Extrusionsprofils,
    • - wobei die, vorzugsweise strangförmig in Extrusionsrichtung verlaufende, elektronische Komponente mindestens ein Anschlusselement zur elektrischen Stromversorgung aufweist, und
    • - wobei die elektronische Komponente im Wege der Extrusion mit Extrusionsmaterial ummantelt wird.
  • Im Stand der Technik sind beispielsweise als kapazitive „Touch“-Folien ausgebildete elektronische Komponenten bekannt, die auf die Rückseite von Kunststoffbauteilen kaschiert werden. Die Touch-Folie wird hierbei regelmäßig mit einer zentralen Auswerteeinheit sowie einer Stromversorgung verbunden. Somit wird die Oberfläche des Kunststoffbauteils zu einem Touch-Bedienfeld, mit dem sich beispielsweise elektrische Verbraucher steuern lassen. Bis zu einer gewissen Länge des Bauteils (ca. 60 cm) wird nur eine zentrale Auswerteeinheit benötigt. Touchfolien lassen sich prinzipiell auch auf Endlosprofile kaschieren. Eine Funktionsfähigkeit über beliebige Längen kann hierbei jedoch nur dann gewährleistet werden, wenn in bestimmten Abständen Auswerteeinheiten platziert werden. Das setzt nach dem Stand der Technik voraus, dass sich alle elektronischen Auswerteeinheiten in bestimmten Abständen auf der Folie befinden.
  • Gedruckte Elektronik ist eine neuartige Form elektronischer Komponenten (z.B. OLED-Leuchtelemente), die sehr dünn, leicht und flexibel ausgebildet sind. Dies ermöglicht neue Anwendungen, z.B. durch eine Integration in bisher dafür nicht zugängliche Verfahren. Diese neuartigen Komponenten werden bislang in der Regel mittels Batch-Prozessen verarbeitet.
  • Neuere Ansätze sehen vor, OLEDs in Extrusionsprodukte zu integrieren (z.B. Kantenbänder, Flächenleuchter etc.). Die elektrifizierten Extrudate sollen je nach Bedarf in ihrer Länge zuschneidbar sein. Die OLEDs werden als Rollenware oder einzeln auf einem Träger aus Rollenware in den Extrusionsprozess eingefahren. Nach der Extrusion sind die OLEDs komplett mit dem entsprechenden Polymer umschlossen. Um die Funktionalität herstellen zu können, muss das umschließende Polymer geöffnet werden, damit die elektrischen Anschlusselemente der OLEDs zugänglich sind. Dies ist jedoch problematisch, da die Anschlusselemente nur eine sehr geringe Dicke aufweisen und daher bei einer mechanischen Bearbeitung zum gewünschten Abtrag des Polymers (z.B. Bohren, Fräsen oder Stanzen) leicht beschädigt werden können.
  • Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren mit den eingangs beschriebenen Merkmalen anzugeben, welches eine vereinfachte elektrische Kontaktierung des Anschlusselementes ermöglicht.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Anschlusselement mit einem elektrischen, vorzugsweise strangförming in Extrusionsrichtung verlaufenden, Leiter elektrisch verbunden wird, so dass der in das Extrusionsprofil integrierte elektrische Leiter eine elektrische Anschlussstelle des Extrusionsprofils für die elektronische Komponente bildet. Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass eine wesentlich einfachere elektrische Kontaktierung des Anschlusselementes im Extrusionsprofil möglich ist, wenn der elektrische Anschluss durch den Einsatz des elektrischen Leiters in seiner Dimension vergrößert wird. Der elektrische Leiter ist mechanisch vergleichsweise robust ausgebildet und stellt eine große Kontaktierungsfläche zur Verfügung. Im Rahmen der Erfindung liegt es hierbei insbesondere, dass der elektrische Leiter eine Querschnittsfläche quer zur Extrusionsrichtung von mindestens 0,2 mm2, z.B. mindestens 0,5 mm2, beispielsweise auch mindestens 1 mm2 aufweist. Die Querschnittsbreite und/oder die Querschnittsdicke des elektrischen Leiters kann mindestens 0,1 mm, insbesondere mindestens 0,5 mm betragen, z.B. mindestens 1 oder auch 2 mm. Auch zylindrische Querschnitte des Leiters liegen im Rahmen der Erfindung, z.B. mit einem Durchmesser von mindestens 0,5 mm, beispielsweise mind. 1 mm.
  • Vorzugsweise wird die elektronische Komponente lichtemittierend, insbesondere als OLED oder LED, ausgebildet. Im Rahmen der Erfindung liegen jedoch auch andere elektronische Komponenten, wie z.B. Displays, Sensoren oder dergl.
  • Zweckmäßigerweise weist die elektronische Komponente mindestens zwei Anschlusselemente auf und zur elektrischen Kontaktierung dieser Anschlusselemente werden mindestens zwei voneinander beabstandete, vorzugsweise parallel in Extrusionsrichtung verlaufende, elektrische Leiter vorgesehen.
  • Der elektrische Leiter kann mittels eines elektrisch leitfähigen Materials, vorzugsweise mittels eines elektrisch leitfähigen Klebstoffes mit dem Anschlusselement verbunden werden, wobei der Klebstoff vorzugsweise zunächst auf den elektrischen Leiter aufgebracht wird. Die Aushärtung des Klebstoffes kann beispielsweise mittels UV-Strahlung oder aber auch durch ein Ausheizen oder dergl. erfolgen. Der elektrisch leitfähige Klebstoff kann neben der Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen Anschlusselement und Leiter auch zur mechanischen Verbindung dieser beiden Komponenten dienen. Im Rahmen der Erfindung liegt es aber auch, dass neben dem leitfähigen Klebstoff zusätzlich ein elektrisch nicht leitfähiger Klebstoff verwendet wird, um eine mechanische Verbindung zwischen den beiden Komponenten herzustellen.
  • Vorzugsweise wird die elektronische Komponente zunächst mit dem elektrischen Leiter verbunden und danach werden die Komponente und der Leiter gemeinsam als vorgefertigtes System in der Extrusion mit Extrusionsmaterial bedeckt. Dies hat den Vorteil, dass diese beiden Teilfertigungen voneinander entkoppelt sind und jeweils für sich verfahrenstechnisch optimiert werden können.
  • Das Anschlusselement weist zweckmäßigerweise eine Querschnittsdicke von höchstens 20|jm, vorzugsweise höchstens 2 µm, auf. Ferner kann das Extrusionsprofil eine Querschnittsdicke von mindestens 200 µm, vorzugsweise mindestens 500 µm, aufweisen. Das Anschlusselement ist somit im Vergleich zum Material des Extrusionsprofils sehr dünn ausgebildet. Die Querschnittsbreite B des Extrusionsprofils beträgt zweckmäßigerweise mehr als 0,5 cm, insbesondere mehr als 2 cm, z.B. 0,5 bis 10 cm bzw. 2 bis 10 cm.
  • A8: Vorzugsweise besteht der elektrische Leiter aus Metall, insbesondere Kupfer.
  • A9: Im Rahmen der Erfindung liegt es, dass der elektrische Leiter einen Teil der äußeren Oberfläche des Extrusionsprofils bildet. Dies bedeutet, dass das Extrusionsmaterial den elektrischen Leiter nur teilweise ummantelt, ein Teil der Oberfläche des Leiters jedoch nach auch nach der Extrusion nach außen hin frei bleibt. Diese freibleibende Fläche kann dann zur direkten elektrischen Kontaktierung der elektronischen Komponente dienen. Aufgrund der Dicke des elektrischen Leiters ist gewährleistet, dass die elektronische Komponente in diesem Fall ausreichend gut in das Extrusionsmaterial eingebettet ist, so dass sich ein stabiler Verbund ergibt. Alternativ hierzu kann aber auch der elektrische Leiter vollständig vom Extrusionsmaterial umschlossen werden. Hierdurch wird der elektrische Leiter vom Extrusionsmaterial gegen Außeneinwirkungen besonders gut geschützt (z.B. auch während seines Transportes vom Herstellungsort zum Einsatzort) und zum elektrischen Anschluss der elektrischen Komponente wird der elektrische Leiter beispielsweise lediglich gezielt lokal freigelegt (z.B. mittels eines Bohr- oder Stanzvorgangs durch das Extrusionsmaterial bis zur Oberfläche des elektrischen Leiters).
  • A 10: Zweckmäßigerweise ist das Extrusionsmaterial als, vorzugsweise transparentes oder transluzentes, Kunststoffmaterial ausgebildet. So kann z.B. das Extrusionsmaterial PMMA und/oder PC und/oder PP und/oder PET und/oder TPU und/oder EVA enthalten bzw. aus PMMA und/oder PC und/oder PP und/oder PET und/oder TPU und/oder EVA bestehen.
  • A11: Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Extrusionsprofile können vielfältig eingesetzt werden, z.B als Kantenband für Möbelplatten, als Tür- oder Fensterbauteil, als Beleuchtungselement in Flugzeuganwendungen (z.B. Light Lense oder Raumbeleuchtung) oder als Beschriftungsleiste für Supermarktregale. Die Einsatzgebiete des Extrusionsprofils sind jedoch nicht auf die vorgenannten Anwendungen begrenzt. A12: Gegenstand der Erfindung ist auch ein mit dem vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Extrusionsprofil.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen schematisch
    • 1 einen erfindungsgemäßen Herstellungsprozess für ein vorgefertigtes System mit einer elektronischen Komponente sowie mehreren elektrischen Leitern,
    • 2 ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Ummantelung des gemäß 1 hergestellten vorgefertigten Systems mit Extrusionsmaterial,
    • 3a ein erfindungsgemäß hergestelltes Extrusionsprofil in einer Querschnittsdarstellung und
    • 3b,c alternative Ausführungsformen der Erfindung in einer der 3a entsprechenden Darstellung.
  • Die 1 und 2 zeigen (jeweils sowohl in einer Draufsicht oben als auch einer Seitenansicht unten) in Kombination ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines eine elektronische Komponente 1 aufweisenden Extrusionsprofils 2. Die im Ausführungsbeispiel in Extrusionsrichtung x ausgerichtete, als OLED ausgebildete lichtemittierende elektronische Komponente 1 weist hierbei im Querschnitt gesehen zwei parallel voneinander beabstandete, jeweils in Extrusionsrichtung verlaufende Anschlusselemente 3 zur elektrischen Stromversorgung auf (vergl. 3a - c). Bei der Herstellung des Extrusionsprofils 2 wird die elektronische Komponente 1 im Wege der Extrusion mit Extrusionsmaterial 4, in der Regel einem thermoplastischen Kunststoff, ummantelt. Gemäß 1 werden zunächst die beiden Anschlusselemente 3 jeweils mit einem elektrischen, strangförming in Extrusionsrichtung verlaufenden elektrischen Leiter 5 elektrisch verbunden, so dass die beiden in das fertige Extrusionsprofil 2 integrierten elektrischen Leiter 5 jeweils eine elektrische Anschlussstelle des Extrusionsprofils 2 für die elektronische Komponente 1 bilden. Die bandförmig, z.B. jeweils in Form eines Drahtes, ausgebildeten elektrischen Leiter 5 sind voneinander beabstandet und verlaufen beide parallel zueinander in Extrusionsrichtung x. Im Ausführungsbeispiel werden hierzu die elektrischen Leiter 5 jeweils mittels eines elektrisch leitenden Klebstoffes 6 mit dem entsprechenden Anschlusselement 3 verbunden, wobei der Klebstoff 6 zunächst auf den elektrischen Leiter 5 aufgebracht wird. Die Aushärtung des Klebstoffes 6 kann durch eine Wärmequelle 100, beispielsweise mittels UV-Strahlung oder aber auch durch ein Ausheizen oder dergl. erfolgen. Wie anhand einer gemeinsamen Betrachtung der 1 und 2 erkennbar ist, wird - wie bereits erläutert - zunächst gemäß 1 die elektronische Komponente 1 mit den elektrischen Leitern 5 verbunden. Danach laufen gemäß 2 die elektronische Komponente 1 und die beiden Leiter 5 gemeinsam als vorgefertigtes System in die Extrusionsvorrichtung 7 ein und werden dort mit Extrusionsmaterial 4 bedeckt.
  • Wie anhand der 3a erkennbar ist, weisen die beiden Anschlusselemente 3 jeweils eine Querschnittsdicke d von höchstens 20 µm, z.B. höchstens 2 µm auf. Das Extrusionsprofil 2 hingegen weist eine wesentliche größere Querschnittsdicke D von 200 µm bis 5 mm auf. Die Querschnittsbreite B des Extrusionsprofils 2 beträgt mehr als 0,5 cm, z.B. 1 bis 10 cm. Die beiden elektrischen Leiter 5 bestehen aus Metall, z.B. Kupfer, und weisen jeweils eine Querschnittsfläche quer zur Extrusionsrichtung x von mindestens 0,5 mm2 auf; die Querschnittsbreite BL des Leiters 5 beträgt mindestens 4 mm und/oder die Querschnittsdicke DL mindestens 0,1 mm. Die Dicke DK des Extrusionsmaterials 4 zwischen der die Anschlusselemente 3 aufweisenden Unterseite der elektronischen Komponente 1 und der Unterseite des Extrusionsprofils 2 beträgt mindestens 0,1 mm. Gemäß 3a bilden die beiden elektrischen Leiter 4 jeweils einen Teil der äußeren Oberfläche des Extrusionsprofils 2. Dies bedeutet, dass das Extrusionsmaterial 4 die elektrischen Leiter 5 nur teilweise ummantelt, ein Teil der Oberfläche der beiden Leiter 5 jedoch nach auch nach der Extrusion nach außen hin jeweils frei bleibt. Diese freibleibenden Flächen 8 können zur direkten elektrischen Kontaktierung der elektronischen Komponente 1 dienen. Alternativ hierzu können aber auch gemäß 3b die beiden elektrischen Leiter 5 vollständig vom Extrusionsmaterial 4 umschlossen werden. Zum elektrischen Anschluss der elektrischen Komponente 1 werden dann die beiden elektrischen Leiter 5 lediglich gezielt lokal freigelegt, z.B. mittels eines Bohr- oder Stanzvorgangs (angedeutet durch die strichpunktierten Linien 9) durch das Extrusionsmaterial 4 hindurch bis zur Oberfläche des elektrischen Leiters 5. Das Extrusionsmaterial 4 ist im Ausführungsbeispiel als transparentes oder transluzentes Kunststoffmaterial, z.B. PMMA oder PC ausgebildet. Somit wird die Lichtemission der OLED 1 durch das Extrusionsmaterial 4 nicht behindert. Aus der 3c ist erkennbar, dass der elektrische Leiter 5 breiter als das zugehörige Anschlusselement 3 ausgebildet sein kann. In diesem Fall kann zusätzlich mindestens ein direkter Anlagebereich des Leiters 5 an der elektronischen Komponente 1 vorliegen, der nicht dem jeweiligen Anschlusselement 3 zuzuordnen ist. D.h. es liegt hier eine zusätzliche Kontaktfläche 10 zwischen elektronischer Komponente 1 und Leiter 5 vor, der z.B. für eine zusätzliche Verklebung genutzt werden kann (z.B. in der Vorfertigung gemäß 1). Der zwischen den Anschlusselementen 3 der elektrischen Komponenten 4 und den elektrischen Leitern 5 jeweils befindliche Klebstoff 6 ist in den 3a bis 3c jeweils nur als strichpunktierte Linie angedeutet.
  • Die mit dem vorbeschriebenen Verfahren hergestellten Extrusionsprofile 1 können vielfältig eingesetzt werden, z.B. als Kantenband für Möbelplatten, als Tür- oder Fensterbauteil, als Beleuchtungselement in Flugzeuganwendungen oder als Beschriftungsleiste für Supermarktregale. Andere Anwendungen werden hierdurch jedoch nicht ausgeschlossen.

Claims (13)

  1. Verfahren zur Herstellung eines mindestens eine elektronische Komponente (1) aufweisenden Extrusionsprofils (2), - wobei die, vorzugsweise strangförmig in Extrusionsrichtung (x) verlaufende, elektronische Komponente (1) mindestens ein Anschlusselement (3) zur elektrischen Stromversorgung aufweist, und - wobei die elektronische Komponente (1) im Wege der Extrusion mit Extrusionsmaterial (4) ummantelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement (3) mit einem elektrischen, vorzugsweise strangförming in Extrusionsrichtung (x) verlaufenden, Leiter (5) elektrisch verbunden wird, so dass der in das Extrusionsprofil (2) integrierte elektrische Leiter (5) eine elektrische Anschlussstelle des Extrusionsprofils (2) für die elektronische Komponente (1) bildet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiter (5) eine Querschnittsfläche quer zur Extrusionsrichtung (x) von mindestens 0,2 mm2, z.B. mindestens 0,5 mm2 aufweist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Komponente (1) lichtemittierend, insbesondere als OLED oder LED, ausgebildet wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Komponente (1) mindestens zwei Anschlusselemente (3) aufweist und zur elektrischen Kontaktierung dieser Anschlusselemente (3) mindestens zwei voneinander beabstandete, vorzugsweise parallel in Extrusionsrichtung (x) verlaufende, elektrische Leiter (5) vorgesehen werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiter (5) mittels eines elektrisch leitfähigen Materials, vorzugsweise mittels eines elektrisch leitenden Klebstoffes (6) mit dem Anschlusselement (3) verbunden wird, wobei der Klebstoff (6) vorzugsweise zunächst auf den elektrischen Leiter (5) aufgebracht wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Komponente (1) zunächst mit dem elektrischen Leiter (5) verbunden wird und danach die Komponente (1) und der Leiter (5) gemeinsam als vorgefertigtes System in der Extrusion mit Extrusionsmaterial (4) bedeckt werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement (3) eine Dicke (d) quer zur Extrusionsrichtung von höchstens 20µm, vorzugsweise höchstens 2 µm, aufweist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Extrusionsprofil (2) eine Dicke (D) quer zur Extrusionsrichtung (x) von mindestens 200 µm, vorzugsweise mindestens 500 µm, aufweist.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiter (5) aus Metall, vorzugsweise Kupfer, besteht.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiter (5) einen Teil der äußeren Oberfläche des Extrusionsprofils (2) bildet.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Extrusionsmaterial (4) als, vorzugsweise transparentes oder transluzentes, Kunststoffmaterial ausgebildet ist.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Extrusionsprofil (2) als Kantenband für Möbelplatten, als Tür- oder Fensterbauteil, als Beleuchtungselement in Flugzeuganwendungen oder als Beschriftungsleiste für Supermarktregale ausgebildet ist.
  13. Extrusionsprofil (2) hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
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