DE10312693B3

DE10312693B3 - Verfahren zum Aufbringen von mindestens einer Leiterbahn auf einem Kunststoffbauteil sowie Spritzgusswerkzeug zur Herstellung eines Kunststoffbauteils mit mindestens einer Leiterbahn

Info

Publication number: DE10312693B3
Application number: DE2003112693
Authority: DE
Inventors: Holm Riepenhausen
Original assignee: Rehau AG and Co
Current assignee: Rehau Automotive SE and Co KG
Priority date: 2003-03-21
Filing date: 2003-03-21
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2023-03-22

Abstract

Bei einem Verfahren zum Aufbringen von mindestens einer Leiterbahn auf einem Kunststoffbauteil wird zunächst eine zumindest einseitig eine Haftschicht aufweisende Metallfolie (14) innerhalb einer Spritzgussform (1) eines Spritzgusswerkzeugs bereitgestellt. Die Metallfolie (14) wird einer mindestens eine Kante (11) aufweisenden Wand (7) der Spritzgussform (1) zugeordnet. Anschließend erfolgt ein Spritzgießen des Kunststoffbauteils, wobei die Metallfolie (14) aufgrund von Scherung an der mindestens einen Kante (11) in der Wand (7) der Spritzgussform (1) die Gestalt der mindestens einen Leiterbahn erhält. Ein nachträgliches Aufbringen der Leiterbahn entfällt. Das Aufbringen der Leiterbahn geschieht also während des Spritzgießens, was den Fertigungsaufwand reduziert. Ferner wird ein Kunststoffbauteil mit mindestens einer zwischen zwei Spritzgusskunststoffschichten ausgebildeten Leiterbahn angegeben, welches zum Beispiel bei der Witterung ausgesetzten Umgebungsbedingungen eingesetzt werden kann. Zudem wird ein Spritzgusswerkzeug zur Herstellung des Kunststoffbauteils angegeben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen von mindestens einer Leiterbahn auf einem Kunststoffbauteil gemäß Anspruch 1, sowie ein Spritzgusswerkzeug zur Herstellung eines Kunststoffbauteils mit mindestens einer Leiterbahn gemäß Anspruch 6.

Kunststoffbauteile mit mindestens einer darauf angebrachten Leiterbahn sind durch offenkundige Vorbenutzung bekannt und werden nach dem MID-(molded interconnect devices-) Verfahren hergestellt, welches zum Beispiel aus der DE 199 32 600 A1 und den dort zitierten Druckschriften bekannt ist. Beim MID-Verfahren wird zuerst ein Spritzgussbauteil hergestellt, auf welchem nachträglich eine Metallfolie derart aufgeprägt wird, dass diese gezielt an Kanten eines Prägestempels bricht und dadurch eine Leiterbahn in einer gewünschten Form vorgibt. Die weggebrochene Metallfolie muss entfernt werden und bildet Ausschuss. Das MID-Verfahren ist aufwendig.

Aus der Offenlegungsschrift DE 1 729 168 ist ein Verfahren zur Beschichtung von Kunststoffbauteilen mit reliefartiger Oberfläche, die mit einem metallischen Überzug versehen ist, bekannt und beschreibt das Anpressen einer Metallfolie durch den Spritzdruck. In der Druckschrift US 6,202,276 ist ein Herstellungsverfahren für elektromagnetische Abschirmung durch Metallfolien eingebracht in Kunststoff beschrieben. Hierzu wird die Folie bestehend aus einer "superplastischen" metallischen Legierung mit einer Kleberschicht versehen, unter Fließdruck gebracht und anschließend unter die Düse einer Spritzgussmaschine so eingelegt, dass eine einseitige Beschichtung der Metallfolie mit Kunststoff erfolgt. Die Druckschrift DE 199 37 843 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer selbsttragenden Kupferfolie, die auf Grund ihres Gefüges eine geringe Scherfestigkeit besitzt und scharfrandig prägbar ist.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Aufbringen von mindestens einer elektrischen Leiterbahnstruktur auf einem Kunststoffbauteil anzugeben, welches einen geringeren Aufwand erfordert als die hierzu bisher bekannten Verfahren, insbesondere als das MID-Verfahren.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass auf einen dem Spritzgießen nachfolgenden Verfahrensschritt zum Aufbringen der mindestens einen Leiterbahn verzichtet werden kann, wenn die Metallfolie innerhalb der Spritzgussform angeordnet wird, so dass sie während des Spritzgießens auf dem zu spritzenden Kunststoffbauteil aufgebracht wird. Das Abscheren erfolgt hier nicht, wie beim MID-Verfahren, an einer Kante des Prägestempels, sondern an einer Kante der Spritzgussform. Insbesondere kann die Spritzgussform so ausgestaltet werden, dass praktisch die gesamte Metallfolie zur Ausbildung von Leiterbahnen genutzt wird. Hierbei können Leiterbahnen/-strukturen in mehr als einer Ebene auf dem zu spritzenden Kunststoffbauteil ausgebildet werden, wobei diese gegeneinander versetzten Ebenen von der Spritzgussform vorgegeben werden. Insgesamt wird die Leiterbahn/-struktur während des Spritzgießens und nicht nach dem Spritzgießen auf dem Kunststoffbauteil aufgebracht. Dies spart einen Verfahrensschritt ein, was den Herstellungsaufwand reduziert. Metallfolienausschuss kann weitgehend vermieden werden. Das erzeugte Kunststoffbauteil kann insbesondere als Gehäusebauteil in Kraftfahrzeugen, im Maschinenbau oder auch in der Haustechnik zum Einsatz kommen.

Ein Adhäsionsverbund schafft eine sichere Verbindung zwischen der Leiterbahn und dem Kunststoffbauteil. Hierbei kann die Tatsache genutzt werden, dass die eingespritzte plastifizierte Kunststoffmasse eine Temperatur im Bereich zum Beispiel zwischen 150 und 300°C aufweist. Diese Temperatur kann zur Schaffung eines Adhäsionsverbundes, vermittelt durch eine an sich durch offenkundige Vorbenutzung bekannte Haftschicht auf der Metallfolie genutzt werden.

Die alternative Schaffung eines Adhäsionsverbundes gemäß Anspruch 2 durch nachträgliche Aufheizung der Metallfolie erhöht die Freiheit bei der Auswahl der Prozessparameter für den Spritzgießschritt. Die Temperatur der plastifizierten Kunststoffmasse muss dann nicht so abgestimmt sein, dass sich der gewünschte Adhäsionsverbund automatisch beim Spritzgießen ergibt, sondern kann zur Berücksichtigung anderer Anforderungen an die Qualität des gespritzten Kunststoffes frei gewählt werden.

Eine Klemmung der Metallfolie führt zu einer einfachen und dennoch sicheren Halterung von dieser. Wenn die Scherkraft durch den Spritzdruck erzeugt wird, kann auf zusätzliche Maßnahmen zur Erzeugung der Scherkraft verzichtet werden.

Ein zweiter Spritzgießschritt gemäß Anspruch 3 ermöglicht die Herstellung von Leiterbahnen/-strukturen, die beidseitig von Kunststoffschichten umgeben sind. Dies ermöglicht zum Beispiel den Einsatz der so hergestellten Kunststoffbauteile in der Witterung ausgesetzten Umgebungen. Gegenüber äußeren Einflüssen beständige Kunststoffbauteile können auch hergestellt werden, indem anstelle des Anbringens einer zweiten Kunststoffschicht ein isolierender Lack auf die Leiterbahnen/-strukturen aufgebracht wird.

Bei einem Verfahren gemäß Anspruch 4 wird ein Abschnitt eines Spritzgusswerkzeugs in zweifacher Hinsicht eingesetzt: Zum einen dient der Abschnitt zur Begrenzung einer Spritzgussform eines Rohkunststoffbauteils, zum anderen begrenzt dieser Abschnitt die Spritzgussform für das überspritzte Kunststoffbauteil. Dies reduziert die Anzahl notwendiger Bauteile für das Spritzgusswerkzeug.

Ein Verfahren gemäß Anspruch 5 ist zeitsparend.

Eine elektrische Kontaktanbindung ist in einem automatisierten Fertigungsprozess integrierbar. Dabei sind alternative Anbringungsverfahren mit relativ geringem Aufwand realisierbar, die gleichzeitig eine sichere elektrische Kontaktierung und einen sicheren Halt des Kontaktpins am Kunststoffbauteil gewährleisten.

Die Vorteile dieses Kunststoffbauteils hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ergeben sich aus den oben im Zusammenhang mit dem Verfahren angegebenen Vorteilen. Insbesondere können auch Leiterbahnen/-strukturen auf dem Grund von Ausnehmungen, zum Beispiel von Nuten, geführt sein.

Diese Leiterbahnen/-strukturen sind schon durch ihre Anordnung äußeren Einflüssen weniger ausgesetzt als andere, oberflächennahere Leiterbahnen/-strukturen.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird damit ein Kunststoffbauteil geschaffen, das eine mindestens eine Leiterbahn umgebende Spritzgusskunststoffschicht aufweist und zu einem effizienten Schutz der mindestens einen Leiterbahn gegenüber äußeren Einflüssen führt.

Ein Kontaktpin erleichtert die elektrische Kontaktanbindung der Leiterbahn an einen externen Leiter, wobei dieser formschlüssig umspritzt wird, so dass der Kontaktpin im Kunststoffbauteil gesichert ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Spritzgusswerkzeug zu Herstellung eines Kunststoffbauteils mit mindestens einer Leiterbahn nach dem erfindungsgemäßen Verfahren anzugeben.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Spritzgusswerkzeug mit den im Anspruch 6 angegebenen Merkmalen.

Die Vorteile des Spritzgusswerkzeugs entsprechen denjenigen, die oben beim Herstellungsverfahren für das Kunststoffbauteil angegeben wurden.

Eine Klemmhalterung ist baulich unaufwendig und mit einem Spritzgusswerkzeug gemäß Anspruch 8 lässt sich das überspritzte Kunststoffbauteil gemäß Anspruch 3 innerhalb eines Werkzeugs herstellen.

Ein Spritzgusswerkzeug gemäß Anspruch 9 und 10 ermöglicht eine einfache Verlagerungsbewegung des zu verlagernden Werkzeugabschnitts während der Herstellung eines überspritzten Kunststoffbauteils.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
1 perspektivische Ansichten zweier eine Spritzgussform bildender Werkzeugformteile mit einer zwischen diesen liegenden Metallfolie;
2 einen Ausschnitt aus einem Schnitt durch die Metallfolie von 1;
3 eine Momentaufnahme eines Teils der Spritzgussform von 1 vor dem Einspritzen einer plastifizierten Kunststoffmasse;
4 ein in der Spritzgussform gemäß den 1 und 3 hergestelltes, Leiterbahnen aufweisendes Kunststoffbauteil;
5 ein weiteres, Leiterbahnen aufweisendes Kunststoffbauteil, hergestellt durch Überspritzen des Kunststoffbauteils von 4;
6 zwei Momentaufnahmen beim Anbringen eines Kontaktpins am Kunststoffbauteil gemäß 5;
7 eine alternative Ausführungsform eines an einem Kunststoffbauteil gemäß 5 eingespritzten Kontaktpins;
8 einen Schnitt durch ein Spritzgusswerkzeug mit einer alternativen Spritzgussform zur Herstellung von Kunststoffbauteilen gemäß den 4 und 5 mit aneinander anliegenden Werkzeugabschnitten;
9 einen Schnitt gemäß 8, wobei die Werkzeugabschnitte des Spritzgusswerkzeugs voneinander beabstandet dargestellt sind;
10 eine von der Spritzgussform her gesehene Ansicht des in den 8 und 9 unten liegenden Werkzeugabschnitts;
11 eine von der Spritzgussform her gesehene Ansicht des in den 8 und 9 oben liegenden Werkzeugabschnitts; und
12 eine schematische Blockdarstellung eines alternativen Spritzgusswerkzeugs.
1 zeigt eine Spritzgussform 1 zur Herstellung eines in 4 dargestellten Kunststoffbauteils 2. Die 1 hat den Charakter einer Explosionsdarstellung, wobei ein in 1 oben dargestelltes erstes Werkzeugformteil 3 der Spritzgussform 1 zur Sichtbarmachung seiner Formseite um 180° gedreht dargestellt ist, wie durch den Pfeil 4 verdeutlicht. Das erste Werkzeugformteil 3 gibt eine flache quaderförmige erste Kavität 5 vor. Zentral in diese mündet ein als Bohrung durch das erste Werkzeugformteil 3 ausgeführter Angusskanal 6.
Ein zweiter Gussformabschnitt 7 ist in einem zweiten Werkzeugformteil 8 ausgeformt, welches gemeinsam mit dem ersten Werkzeugformteil 3 die Spritzgussform 1 bildet. Der zweite Gussformabschnitt 7 umfasst insgesamt fünf nutenförmige und zueinander parallele Formausnehmungen 9. Senkrecht zu ihrer Längsachse weisen die Formausnehmungen 9 eine Breite auf, die ihrem Abstand zueinander entspricht, so dass zwischen zwei benachbarten nutenförmigen Formausnehmungen 9 jeweils eine Formrippe 10 gebildet ist.
Die dem ersten Werkzeugformteil 3 zugewandten Stirnwände der Formrippen 10 bilden mit den an diese angrenzenden Seitenwänden der Formausnehmungen 9 jeweils Kanten 11 in der Spritzgussform 1.
Die einander zugewandten Stirnwände der Werkzeugformteile 8 schließen jeweils mit einem umlaufenden Klemmwandabschnitt 12, 13 ab.
Zwischen den Klemmwandabschnitten 12, 13 ist bei zusammengesetzter Spritzgussform 1 eine Metallfolie 14 längs eines umlaufenden und in 1 schraffiert dargestellten Klemmabschnitts 15 geklemmt. Eine derartige Klemmverbindung wird auch als bidirektionale Klemmung bezeichnet.
2 zeigt die Metallfolie 14 im Schnitt. Eine Grundschicht 16 der Metallfolie 14 besteht aus einem Metall kleiner Scherfestigkeit, zum Beispiel aus Kupfer. Geeignete Metalle zur Ausbildung der Grundschicht 16 mit geringer Scherfestigkeit sind aus der Literatur zum MID-(molded interconnect devices-)Verfahren bekannt. In diesem Zusammenhang wird insbesondere auf die DE 199 32 600 A1 und die dort zitierten Veröffentlichungen verwiesen. Neben der Grundschicht 16 weist die Metallfolie 14 eine Haftschicht 17 auf. Letztere dient zur Schaffung eines Adhäsionsverbundes der Grundschicht 16 mit einem gespritzten Grundkörper 18 des Kunststoffbauteils 2.
3 zeigt die zusammengesetzte Spritzgussform 1, wobei die der Klemmung der Metallfolie 14 dienenden Abschnitte 12, 13, 15 der Werkzeugformteile 3, 8 sowie der Metallfolie 14 weggelassen und durch einen Umfangspfeil 19 angedeutet sind. In 3 ist das erste Werkzeugformteil 3 unterhalb des zweiten Werkzeugformteils 8 angeordnet. Plastifizierte Kunststoffmasse gelangt daher von unten her durch den Ausgusskanal 6 in die Spritzgussform 1, wie durch einen Pfeil 20 verdeutlicht. Dabei wird die Grundschicht 16 der Metallfolie 14, die der Wand 7 zugeordnet ist, aufgrund ihrer geringen Scherfestigkeit durch den Druck der plastifizierten Kunststoffmasse längs der Kanten 11 über ihre Bruchgrenze hinaus gedehnt. Die Metallfolie 14 bricht daher während des Einspritzens der plastifizierten Kunststoffmasse längs der Kanten 11 der Spritzgussform, so dass erste Leiterbahnen 21 auf den Stirnwänden der Formrippen 10 und zweite Leiterbahnen 22 auf den Grundwänden der Formausnehmungen 9 entstehen. Die Haftschicht 17 der Metallfolie 14 ist dabei der plastifizierten Kunststoffmasse zugewandt. Aufgrund der Spritztemperatur, die zwischen 80 und 230°C liegen kann, stellt die Haftschicht 17 einen Adhäsionsverbund zwischen der Grundschicht 16 der Metallfolie 14 und der plastifizierten Kunststoffmasse her.
Aufgrund des Brechens der Metallfolie 14 längs der Kanten 11 besteht kein elektrischer Kontakt zwischen den ersten Leiterbahnen 21 und den zweiten Leiterbahnen 22.
Das Kunststoffbauteil 2 kann, zum Beispiel für eine sogenannte Innenanwendung, bei der ein Schutz der Leiterbahnen 21, 22 vor Witterungseinflüssen nicht erforderlich ist, ohne wesentliche weitere Verarbeitungsmaßnahmen zum Beispiel als Gehäusebauteil eingesetzt werden. Sollen die Leiterbahnen 21, 22 hingegen zum Beispiel vor Witterungseinflüssen geschützt sein, kann ein alternatives Kunststoffbauteil 23 eingesetzt sein, welches aus dem Kunststoffbauteil 2 durch Aufbringen eines gespritzten Deckkörpers 24, mit welchem die die Leiterbahnen 21, 22 aufweisende Wand des Grundkörpers 18 überspritzt wird, hergestellt wird.
Eine elektrische Kontaktanbindung der hergestellten Leiterbahnen 21, 22 an einen externen Leiter kann durch Löten erfolgen. Alternativ ist auch die Anbringung einer elektrischen Steckverbindung möglich, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf die 6 und 7 am Beispiel des Kunststoffbauteils 23 beschrieben wird. Hierzu weist der Grundkörper 18 eine Mehrzahl von Durchgangskanälen 25 auf, die zum Beispiel schon während des Spritzgießens mittels entsprechender nicht dargestellter Formstifte in der Spritzgießform 1 hergestellt wurden. Nach dem Spritzgussvorgang werden als Schneidkontakte ausgeführte Kontaktpins 26 in die Durchgangskanäle 25 eingeschossen, so dass sie die Leiterbahnen 21 oder 22 schneidend durchdringen, wodurch ein elektrischer Kontakt zwischen den Leiterbahnen 21 oder 22 und dem Kontaktpin 26 hergestellt wird. Aufgrund der Elastizität des Grundkörpers 18 im Bereich der Durchgangskanäle 25 sind die Kontaktpins 26 nach ihrem Einschießen gegen ein Herausrutschen aus dem Grundkörper 18 gesichert. An den Kontaktpins 26 erfolgt dann eine Kontaktanbindung an einen externen Leiter durch eine entsprechende Steckverbindung. Alternativ ist es auch möglich, eine Lötverbindung an den Kontaktpins 26 zum externen Leiter herzustellen. Eine derartige Lötverbindung kann durch Widerstandslöten hergestellt werden.
7 zeigt eine Anbindung eines alternativen Kontaktpins 27 an ein alternatives Kunststoffbauteil 23 gemäß 5. Dort wird zunächst ein dem Kunststoffbauteil 2 entsprechendes Rohbauteil hergestellt. Anschließend werden die als Schneidkontakte ausgeführten Kontaktpins 27 von der die Leiterbahnen 21, 22 aufweisenden Seite des Grundkörpers 18 her in diese eingeschossen, wobei sich eine elektrische Kontaktanbindung zwischen den Kontaktpins 27 und den Leiterbahnen 21 oder 22 ausbildet.
Hinter der Schneidspitze weisen die Kontaktpins 27 einen Hinterschneidungsabschnitt 28 auf, der bei der Ausführung nach 7 als Umfangsbund ausgestaltet ist. Beim Überspritzen mit dem Deckkörper 24 wird der Hinterschneidungsabschnitt 28 mit plastifizierter Kunststoffmasse umspritzt, wodurch eine formschlüssige Verbindung der Kontaktpins 27 mit dem Kunststoffbauteil 23 erreicht wird.
8 bis 11 zeigen ein Spritzgusswerkzeug 29 zur Herstellung von Kunststoffbauteilen 23 gemäß 5, wobei in einem Zwischenschritt des Herstellungsverfahrens Kunststoffbauteile 2 gemäß 4 erzeugt werden. Das Spritzgusswerkzeug 29 weist einen auch als Düsenseite bezeichneten ersten Werkzeugabschnitt 30 und einen auch als Auswerferseite bezeichneten zweiten Werkzeugabschnitt 31 auf. Die Werkzeugabschnitte 30, 31 liegen in der in 8 dargestellten Position des Spritzgusswerkzeugs 29 aneinander an und bilden in dieser Stellung eine in den 8 und 9 rechts angeordnete Grundspritzgusskavität 32 und eine in den 8 und 9 links angeordnete Deckspritzgusskavität 32a.
Spritzseitig weist der erste Werkzeugabschnitt 30 einen zentralen Düsenkanal 33 für die plastifizierte Kunststoffmasse auf. Dieser mündet in dem Bereich, in dem die beiden Werkzeugabschnitte 30, 31 aneinander angrenzen, in einen Verteilerraum 34 aus.
Ein erster Angusskanal 35 im zweiten Werkzeugabschnitt 31 verbindet den Verteilerraum 34 mit der Grundspritzgusskavität 32.
Die Grundspritzgusskavität 32 entspricht bis auf den Ort des Einmündens des Angusskanals und auf die nicht dargestellte Klemmhalterung für die Metallfolie 14 der oben beschriebenen Spritzgussform 1, so dass Bauteile, die denjenigen entsprechen, die oben schon unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben wurden, wieder die gleichen Bezugszeichen erhalten und nicht nochmals im Einzelnen erläutert werden.
Der zweite Werkzeugabschnitt 31 ist um eine koaxial zum Düsenkanal 33 liegende Symmetrieachse 36 zweizählig rotationssymmetrisch.
Daher weist der zweite Werkzeugabschnitt 31 zwei erste Kavitäten 5 sowie zwei Angusskanäle 35 auf, die durch Verdrehung des zweiten Werkzeugabschnitts 31 um 180° um die Symmetrieachse 36 miteinander zur Deckung gebracht werden können. Die in den 8 und 9 rechte erste Kavität 5 des zweiten Werkzeugabschnitts 31 ist dabei Teil der Grundspritzgusskavität 32 des Spritzgusswerkzeugs 29. Die in den 8 und 9 links angeordnete zweite Kavität 5 des zweiten Werkzeugabschnitts 31 ist der Deckspritzgusskavität 32a zugeordnet.
Ein weiterer Angusskanal 37, der im ersten Werkzeugabschnitt 30 ausgebildet ist, verbindet den Verteilerraum 34 mit einem flachen und im Wesentlichen einen quaderförmigen Raum begrenzenden Gussformabschnitt 38 der Deckspritzgusskavität 32a, der im ersten Werkzeugabschnitt ausgeformt ist.
9 zeigt die beiden Werkzeugabschnitte 30, 31 des Spritzgusswerkzeugs 29 voneinander beabstandet. Der erste Werkzeugabschnitt 30 weist an der dem zweiten Werkzeugabschnitt 31 zugewandten Stirnwand zwei Führungsbolzen 39 auf, die beim Zusammenführen der Werkzeugabschnitte 30, 31 in entsprechende Führungsbohrungen 40 im zweiten Werkzeugabschnitt 31 eindringen.
Kunststoffbauteile 23 gemäß 5 werden mit dem Spritzgusswerkzeug 29 folgendermaßen hergestellt: Zunächst wird plastifizierte Kunststoffmasse über den Düsenkanal 33 und die Angusskanäle 35, 37 in die Spritzgusskavitäten 32, 32a eingefüllt. Nur in einem allerersten Prozessschritt muss die erste Füllung der Deckspritzgusskavität 32a verworfen werden.
Die Füllung der Grundspritzgusskavität 32 ergibt, wie im Zusammenhang mit den 1 bis 4 erläutert, das erste Kunststoffbauteil 2. Dieses kann, wie schon erläutert, vom Prinzip her ohne wesentliche Weiterverarbeitung genutzt werden.
Nachfolgend wird die alternativ mögliche Weiterverarbeitung zum Kunststoffbauteil 23 gemäß 5 erläutert. Hierzu wird nach dem Erstarren der Kunststoffmasse in der Grundspritzgusskavität 32 der zweite Werkzeugabschnitt 31 mit der erstarrten Kunststoffmasse in der Grundspritzgusskavität 32 um die Symmetrieachse 36 um 180° gedreht (vgl. Pfeil 40a in 10).
In der Deckspritzgusskavität 32a liegt somit das Kunststoffbauteil 2 vor. Die Grundspritzgusskavität 32 ist nach diesem Drehvorgang wieder leer. Anschließend wird in der Grundspritzgusskavität 32 eine neue Metallfolie 14 bereitgestellt und erneut plastifizierte Kunststoffmasse durch den Düsenkanal 33 in die Spritzgusskavitäten 32, 32a gefördert. In der Grundspritzgusskavität 32 entsteht erneut entsprechend zum oben Ausgeführten ein Kunststoffbauteil 2. Über den Angusskanal 37 im ersten Werkzeugabschnitt 30 wird bei diesem erneuten Spritzvorgang die Deckspritzgusskavität 32a gefüllt, so dass das dort befindliche Kunststoffbauteil 2 den Deckkörper 24 erhält. Das bei diesem Einfüllen der plastifizierten Kunststoffmasse für den Deckkörper 24 schon in der Deckspritzgusskavität 32a vorliegende Kunststoffbauteil 2 versperrt den in die Deckspritzgusskavität 32a führenden Angusskanal 35. Nach dem Erstarren der im zweiten Spritzgießschritt zugeführten plastifizierten Kunststoffmasse liegt dann das überspritzte Kunststoffbauteil 23 vor, welches vor dem erneuten Drehen des zweiten Werkzeugabschnitts 31 um die Symmetrieachse 36 um 180° ausgeworfen wird. Im nächsten Spritzgussschritt, der mit dem Spritzgusswerkzeug 29 durchgeführt werden kann, entstehen wiederum ein Kunststoffbauteil 2 in der Grundspritzgusskavität 32 und ein Kunststoffbauteil 23 in der Deckspritzgusskavität 32a.
Bei der Herstellung des überspritzten Kunststoffbauteils 23 kann die Metallfolie 14 anstelle einer einseitig aufgebrachten Haftschicht 17 eine beidseitig aufgebrachte Haftschicht 17 aufweisen, welchen einen Adhäsionsverbund zum Grundkörper 18 einerseits und zum Deckkörper 24 andererseits schafft.
Die Temperatur der plastifizierten Kunststoffmasse kann bei den Spritzgießvorgängen so gewählt sein, dass sich schon während des Spritzens ein Adhäsionsverbund zwischen der Haftschicht 17 und dem Grundkörper 18 einstellt. Alternativ kann ein derartiger Adhäsionsverbund auch nachträglich, also nach dem Spritzen, hergestellt werden.
12 zeigt ein alternatives Spritzgusswerkzeug 41, mit dem ein derartiger nachträglicher Adhäsionsverbund möglich ist. Das Spritzgusswerkzeug 41 umfasst eine Spritzgussform 1, wie im Zusammenhang mit den 1 bis 4 erläutert.
Von der Spritzgussform 1 wird das in dieser hergestellte Kunststoffbauteil 2 mittels einer in 12 durch einen Pfeil 42 angedeuteten Fördereinrichtung, zum Beispiel einem Roboterarm, hin zu einer Induktionseinrichtung 43 gefördert. Dort wird das Kunststoffbauteil 2 durch eine Induktionsspule hindurchgeführt. Dies bewirkt durch die hierbei in den Leiterbahnen 21, 22 fließenden Ströme eine Erwärmung der Leiterbahnen 21, 22. Aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit des Grundkörpers 18 werden hierbei die Leiterbahnen 21, 22 so stark erwärmt, dass über die Haftschicht 17 ein beim Spritzen alleine noch nicht hergestellter Adhäsionsverbund zwischen den Leiterbahnen 21, 22 und dem Grundkörper 18 nun hergestellt wird.

Claims

Verfahren zum gleichzeitigen Herstellen von Leiterbahnstrukturen und Trägersubstraten in Spritzgießtechnik mit folgenden Verfahrensschritten: – Auflegen einer mindestens einseitig kleberbeschichteten Metallfolie (14) mit geringer Scherfestigkeit auf die erste Formteilhälfte (8) einer Spritzgussform (32), deren Boden Formrippen und Stege (10) entsprechend den zu bildenden Leiterbahnstrukturen (21, 22) aufweist und die Metallseite der Folie (14) in Richtung der ersten Formteilhälfte (8) zeigt, – Aufbringen der zweiten Formteilhälfte (1 ), die eine Aussparung zur Bildung des Trägersubstrates (2,23) aufweist, unter Klemmung der Metallfolie (14), – Schließen der Spritzgussformen (30, 32) unter Klemmung der Metallfolie (14), – Einspritzen der Kunststoffmasse (20), wobei die Metallfolie (14) unter dem Spritzdruck an den Kanten (11) der Formrippen (10) abgeschert wird und unter Bildung von Leiterbahnstrukturen (21, 22) konturengenau auf den Boden der ersten Formteilhälfte gedrückt wird und – die Entnahme des Spritzgussteils (2, 23) aus der Spritzgussform erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolie (14), insbesondere durch Induktionserwärmung, aufgeheizt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aus beidseitig kleberbeschichteten Metallfolien (14) gebildeten Leiterbahnenstrukturen (21, 22) in einem weiteren Spritzgießschritt überspritzt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem ersten Spritzgießschritt, bei dem die Metallfolie (14) aufgrund von Scherung an der mindestens einen Kante (11) in der Wand einer ersten Spritzgussform (32) die Gestalt der mindestens einen Leiterbahnstruktur (21, 22) erhält, wodurch ein Rohkunststoffbauteil (2) erzeugt wird, ein Abschnitt (31) des Spritzgusswerkzeugs (29) derart verlagert, insbesondere um 180° gedreht, wird, dass zwischen dem Rohkunststoffbauteil (2) und einem anderen Abschnitt (30) des Spritzgusswerkzeugs (29) eine zweite Spritzgussform (32a) erzeugt wird, in der die Leiterbahnstruktur (21, 22) nach dem ersten Spritzgießschritt in einem weiteren Spritzgießschritt überspritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Überspritzen der Leiterbahnstruktur (21, 22) im weiteren Spritzgießschritt zeitgleich in der ersten Spritzgussform (32) der erste Spritzgießschritt zur Herstellung eines weiteren Rohkunststoffbauteils (2) erfolgt.
Spritzgusswerkzeug zur Herstellung von Leiterbahnstrukturen auf Trägersubstraten nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bestehend aus – Spritzgussformen (32, 32a), die – eine erste Formteilhälfte (8) mit Stegen und Rillen sowie eine zweite Formteilhälfte (1) mit einer Aussparung umfassen, wobei diese Formteile (1, 8) Wandabschnitte (12, 13) zur Klemmung der Metallfolie (14) aufweisen und – Werkzeugabschnitte (30, 31) zur Halterung der Spritzgussformen.
Spritzgusswerkzeug nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Induktionseinrichtung (43) zur Schaffung des Adhäsionsverbundes.
Spritzgusswerkzeug zur Herstellung eines Kunststoffbauteils nach einem der Ansprüche 6 bis 7, bestehend aus – mindestens zwei Werkzeugabschnitten (30, 31), welche zwei Spritzgussformen (32, 32a) vorgeben, wobei – eine erste Spritzgussform (32) zur Formung eines Rohkunststoffbauteils (2) mit einer ersten Spritzgusskunststoffschicht (18), mit der die Leiterbahnstruktur (21, 22) verbunden ist, und – eine zweite Spritzgussform (32a) zur Formung des Kunststoffbauteils (23) mit der zweiten Spritzgusskunststoffschicht (24) aus dem Rohkunststoffbauteil (2), wobei die Leiterbahnstruktur (21, 22) zwischen den Spritzgusskunststoffschichten (18, 24) angeordnet ist, vorgesehen sind.
Spritzgusswerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der beiden Werkzeugabschnitte (30, 31) derart verlagerbar, insbesondere um 180° verdrehbar ist, dass er in einer ersten Relativposition zum anderen Werkzeugabschnitt (30) mit einem entsprechenden Gussformabschnitt (7, 38) des anderen Werkzeugabschnitts (30) die erste Spritzgussform (32) und in einer zweiten Relativposition zum entsprechenden Gussformabschnitt (7, 38) des anderen Werkzeugabschnitts (30) die zweite Spritzgussform (32a) vorgibt.
Spritzgusswerkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass einer der beiden Werkzeugabschnitte (31) derart symmetrisch ausgestaltet ist, dass er in verschiedenen Relativpositionen zum anderen Werkzeugabschnitt (30) sowohl die erste als auch die zweite Spritzgussform (32, 32a) vorgibt.