DE19855023B4

DE19855023B4 - Method for applying conductor structures to arbitrarily shaped surfaces

Info

Publication number: DE19855023B4
Application number: DE1998155023
Authority: DE
Inventors: Thomas Konrad; Joachim Czabanski
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1998-11-30
Filing date: 1998-11-30
Publication date: 2006-10-05
Anticipated expiration: 2018-12-01
Also published as: DE19855023A1

Abstract

Verfahren zum Aufbringen von Leiterstrukturen auf beliebig geformte Oberflächen (4) von Substraten, durch punktuelles Fixieren von endlos ausgebildeten Leitern an einem Anfangspunkt, geradliniges Weiterführen der Leiter an Stellen mit einer Richtungsänderung bzw. zu einem Endpunkt, wobei die Leiter punktuell fixiert und abgetrennt werden und die insgesamt verlegten Leiterstrukturen fest mit dem Substrat verbunden werden,
dadurch gekennzeichnet, dass die Endlos-Leiter in Form von bandförmigen Leitern vorliegen,
dass die punktuellen Fixierungen unmittelbar vor den Richtungsänderungen mittels eines mechanischen Haltestempels temporär erfolgen,
dass die Leiter unter Zugspannung geradlinig verlaufend zwischen den Richtungsänderungen weitergeführt werden, ohne eine dauerhafte Verbindung mit der Substratoberfläche einzugehen und die sich an den Stellen der Richtungsänderungen unter Zugspannung nach oben wölbenden Leiterbereiche mittels zusätzlicher Walzen oder Druckstempel temporär gegen die Oberfläche gepresst werden.Method for applying conductor structures on arbitrarily shaped surfaces (4) of substrates, by selectively fixing endlessly formed conductors at a starting point, rectilinear continuation of the conductors at points with a change of direction or to an end point, wherein the conductors are selectively fixed and separated and the overall laid conductor structures are firmly connected to the substrate,
characterized in that the endless conductors are in the form of band-shaped conductors,
that the punctiform fixations take place temporarily before the direction changes by means of a mechanical holding stamp,
that the conductors are continued under tension linearly extending between the direction changes, without entering into a permanent connection with the substrate surface and are pressed at the points of change in direction under tension upwardly arching ladder areas by means of additional rollers or plunger temporarily against the surface.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufbringen von Leiterstrukturen auf eine beliebig geformte Oberflächen.The The invention relates to a method for applying conductor structures on an arbitrarily shaped surfaces.

Leiterstrukturen der vorstehend genannten Gattung werden üblicherweise auf flexible Trägerfolien aufgebracht und dienen als flexible Leiterfolien in vielfachen Einsatzgebieten der elektrischen Kontaktierung zwischen einzelnen, räumlich getrennten Komponenten. Flexible Leiterfolien werden in an sich bekannter Weise in der Computer- und Unterhaltungselektronik sowie auch im Telekommunikationsbereich vielseitig eingesetzt und dienen grundsätzlich der Übertragung elektrischer Signale als auch der Übertragung elektrischer Energie.conductor structures The above-mentioned type are usually on flexible carrier films applied and serve as flexible conductor foils in multiple applications the electrical contact between individual, spatially separated components. Flexible conductor foils are used in a manner known per se in the computer and consumer electronics as well as in the telecommunications sector used in many ways and serve basically the transmission of electrical signals as well as the transmission electrical energy.

Aufgrund der Möglichkeit der individuellen Ausgestaltung in Form, Größe sowie Grad an Flexibilität der einzelnen Leiterfolien finden sie zunehmend Einsatz in all jenen Bereichen, in denen hochkomplexe, kompakte sowie auch mechanisch und thermisch belastete Geräte elektrifiziert werden. Klassische Beispiele sind moderne Fotoapparate, transportable Telefone sowie anders geartete Handgeräte jeglicher Art.by virtue of The possibility the individual design in shape, size and degree of flexibility of the individual Conductive films are increasingly used in all those areas in which highly complex, compact as well as mechanically and thermally loaded equipment be electrified. Classic examples are modern cameras, portable phones and other types of handsets of any kind.

Auch in der Automobilindustrie finden flexible Leiterbahnfolien zunehmenden Einsatz, die die Verwendung an sich bekannter Kabelbäume mehr und mehr verdrängen. Insbesondere in jenen Bereichen der Karosserie, in denen aufwendige Teilkabelbäume erforderlich sind, wie beispielsweise im Türenbereich, ist der Einsatz von flexiblen Leiterfolien eine interessante Alternative zu den konventionell eingesetzten Teilkabelbäumen.Also In the automotive industry, flexible circuit films are growing Use, the use of known harnesses more and displace more. Especially in those areas of the body in which elaborate Partial harnesses required are, such as in the door area, the use of flexible conductor foils is an interesting alternative to the conventionally used sub-harnesses.

Grundsätzlich werden bei flexiblen Leiterfolien zwei verschiedene Konzepte voneinander unterschieden:
Als flexible, flache Folienleiter (FFC = Flexibel Flat Cable) werden Leiterfolien bezeichnet, bei denen die einzelnen Leiterbahnen, ähnlich wie bei Flachbandkabeln, ausschließlich parallel in eine Richtung verlaufen. Die einzelnen Leiterbahnen werden auf Kunststoff-Folien oder andersartig flexibel ausgestaltete Trägerfolien aufgebracht und gegenseitig mit Schutzlacken oder Kunststoffolien elektrisch isoliert und gegen äußere Einflüsse geschützt.Basically, two different concepts are distinguished from each other in the case of flexible conductor foils:
Flexible, flat film conductors (FFC = Flexible Flat Cable) are conductor films in which the individual printed conductors, as in the case of ribbon cables, run only parallel in one direction. The individual tracks are applied to plastic films or otherwise flexibly configured carrier films and electrically isolated from each other with protective coatings or plastic films and protected against external influences.

Im Unterschied zu den FFC-Folienleitern können flexibel ausgebildete Leiterfolien zusätzlich elektrische Schaltkreise aufweisen, die durch geeignete Drucktechniken auf den flexiblen Leiterfolien abgebildet werden. Diese, auch als FPC (Flexibel Printed Cercuits) bezeichneten Folienleiter werden durch spezielle Produktionsverfahren auf der Folie mit zweidimensionalen Strukturen versehen. Dem Design der Schaltkreise sind hier kaum Grenzen gesetzt, so daß auch mehrlagige, d.h. übereinander liegende Schaltkreise (single-, double-, multilayer) realisierbar sind.in the Difference to the FFC film conductors can be flexibly trained Conductor foils additionally electrical Have circuits that by suitable printing techniques on the flexible conductor foils are displayed. These, also called FPC (Flexible Printed Cercuits) are characterized by special Production process on the film with two-dimensional structures Mistake. There are hardly any limits to the design of the circuits here. so that too multilayer, i. one above the other lying circuits (single-, double-, multilayer) can be realized are.

Für die Herstellung der FFC-Leiterfolien haben sich konzeptionell unterschiedliche Verfahrenstechniken durchgesetzt.For the production The FFC conductor foils have conceptually different process techniques enforced.

So wird bei dem sogenannten Laminarverfahren eine vorgewählte Anzahl von Leiterbahnen über ein Kammsystem parallel, in definiertem Abstand und unter geringer Zugbelastung geführt, wobei ein Rollen-Anpreßsystem eine obere und untere Isolationsschicht, die jeweils einseitig mit einem Adhäsivkleber beschichtet ist, an die Leiterbahnen gebracht und unter Druck- und Temperatureinfluß zu einem die Leiterbahnen einschließenden Verbund gefügt.So becomes a preselected number in the so-called laminar process of tracks over a comb system parallel, at a defined distance and below a lower one Tensile load guided, being a roll pressing system an upper and lower insulating layer, each with one side an adhesive adhesive is coated, brought to the tracks and under pressure and Temperature influence too a composite enclosing the interconnects joined.

In den sogenannten Extrusionsverfahren werden ähnlich wie bei einer Leiterummantelung, parallel geführte Leiterbahnen auf einer Kunststoff-Extrusionsanlage mit Thermoplasten als Materialverbund gemeinsam extrudiert.In the so-called extrusion process, similar to a conductor coating, parallel guided Tracks on a plastic extrusion line with thermoplastics as Material composite extruded together.

Zur Herstellung von FPC's haben sich ebenso verschiedene Verfahren durchgesetzt, die sich im wesentlichen durch die Art der Applizierung der Leitermaterialien, d.h. der elektrisch leitfähigen Leitbahnen, unterscheiden. Allen Verfahren ist jedoch das Aufbringen von Isolations- und Schutzschichten aus Kunststoffen und Schutzlacken auf die jeweiligen Leitermaterialien gemein.to Production of FPC's just as different procedures have prevailed essentially by the type of application of the conductor materials, i.e. the electrically conductive Channels, different. All methods, however, is the application of insulating and protective layers of plastics and protective lacquers common to the respective conductor materials.

Als wichtigstes Herstellverfahren für FPC's hat sich die sogenannte Subtraktivtechnik durchgesetzt, bei der auf ein mit Kupfer beschichtetes Basismaterial mittels Siebdruck oder durch Fotobelichtung ein Schaltkreis als Positiv übertragen wird. In einem nachfolgenden chemischen Ätzverfahren wird in verschiedenen Bädern der als Positiv aufbelichtete Schaltkreis, respektive die den Schaltkreis zusammensetzenden Leiterbahnen, freigeätzt. Nach Reinigung und Trocknung des mit Kupfer beschichteten Basismaterials erfolgt das Aufbringen wenigstens einer Isolationsschicht auf die noch frei liegenden Leiterbahnen.When most important production method for FPC's has become the so-called subtractive technique prevailed in the case of one with copper coated base material by screen printing or by photo exposure Transfer circuit as positive becomes. In a subsequent chemical etching process is in different bathrooms the positively exposed circuit, respectively the circuit composite conductor tracks, etched free. After cleaning and drying the copper-coated base material is applied at least one insulating layer on the still exposed tracks.

Im „Handbuch der Leiterplattentechnik", Band 2: Neue Verfahren, Neue Technologien, 1991, Eugen G. Leuze Verlag, Saulgau/Württ, ISBN 3-87480-056-3 wird auf den Seiten 142–146 ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Verlegen von Leiterbahnen auf einer Trägerplatte beschrieben. Die Vorrichtung umfasst einen Multiwire-Verlegekopf, der zum Verlegen eines Drahtes und zugleich zum festen Verfügen des Drahtes auf der Trägerplattenoberfläche ausgebildet ist. Der, durch eine Düse an der Spitze eines Verlegestiftes austretende Draht wird mittels Ultraschall in einer, auf der Trägerplatte vorgesehenen Klebeschicht regelrecht eingepreßt und mit dieser fest verfügt. Eine in dem Multiwire-Verlegekopf vorgesehene Ultraschallerregerspule dient dem innigen Anpressen des Drahtes an die Trägerplattenoberfläche, so dass der Draht unmittelbar nach Austritt aus der Spitze des Verlegestiftes mit der Oberfläche in fester Verbindung steht.In "Handbook of Printed Circuit Board Technology", Volume 2: New Methods, New Technologies, 1991, Eugen G. Leuze Verlag, Saulgau / Württ, ISBN 3-87480-056-3 on pages 142-146 a method and an apparatus for laying The device comprises a multiwire laying head which is used to lay a wire and at the same time to fix it Having the wire formed on the carrier plate surface. The, exiting through a nozzle at the top of a laying wire wire is pressed by means of ultrasound in a, provided on the support plate adhesive layer downright and with this fixed. An ultrasonic excitation coil provided in the multiwire laying head serves to press the wire intimately onto the support plate surface, so that the wire is in firm connection with the surface immediately after emerging from the tip of the laying stick.

In ähnlicher Weise wird im „Handbuch der Leiterplattentechnik", Band: Laminate, Manufacturing, Assembly, Test, 1982, Eugen G. Leuze Verlag, Saulgau/Württ, ISBN 3-87480-005-9, auf den Seiten 304–306 eine Multiwire-Verlegemaschine beschrieben, die ebenfalls einen Draht unter Verwendung einer Kleberschicht auf einem Basismaterial fest verfügt. Die Verlegemaschine sieht hierfür einen vibrierenden Pressfuß vor, der vermittels Ultraschall in Schwingungen versetzt wird, die sich über den Draht auf einen Heißkleber übertragen und diesen zum Schmelzen bringen. Der an seinem Fuß verflüssigte Heißkleber wird vom Draht aufgenommen und umschließt diesen zum Teil.In similar Way is in the "manual printed circuit board technology ", Volume: Laminates, Manufacturing, Assembly, Test, 1982, Eugen G. Leuze Publisher, Saulgau / Württ, ISBN 3-87480-005-9, on pages 304-306 a multiwire laying machine which also describes a wire using an adhesive layer on a base material. The laying machine sees therefor a vibrating presser foot, which is vibrated by means of ultrasound, which is above the Transfer wire to a hot glue and melt it. The liquefied at his foot hot glue is absorbed by the wire and encloses this part.

In der Druckschrift DE 39 13 028 A1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer leitenden Verbindung beschrieben, bei der über eine Dosiereinheit ein pastöses Übertragungsmedium auf eine Basisplatte aufgebracht wird.In the publication DE 39 13 028 A1 describes a method and an apparatus for producing a conductive connection, in which a pasty transfer medium is applied to a base plate via a metering unit.

Der Druckschrift DE 32 47 344 A1 ist ein Verfahren zum Aufbringen von vorgeformten Leiterzügen auf eine Trägerplatte zu entnehmen. Das Leiterzugmaterial wird dabei über eine Führungsvorrichtung auf die Trägerplatte ausgebracht. Die Trägerplatte ist mindestens an jedem Anfangs- und Endpunkt eines jeden Leiterzuges mit Anschlussplättchen zum Festlegen des Leiterzugmaterials versehen.The publication DE 32 47 344 A1 is to remove a method for applying preformed conductor tracks on a support plate. The conductor material is thereby applied to the carrier plate via a guide device. The carrier plate is provided at least at each beginning and end point of each conductor with connecting plates for fixing the Leiterzugmaterials.

Nach dem Herstellen eines ersten Leiterzuges wird das Leitermaterial zum Anfangspunkt des zweiten herzustellenden Leiterzuges geführt und hierauf der für das Herstellen des ersten Leiterzuges beschrittene Vorgang bis zur Fertigstellung des gesamten Leiterzugmusters entsprechend wiederholt. In einem weiteren Verfahrensschritt werden die aufgebrachten Leiterzüge des Leitungsmusters mit dem Trägermaterial fest verbunden.To the production of a first conductor is the conductor material led to the starting point of the second conductor train to be produced and thereon the for the process of making the first ladder traction until the Completion of the entire Leiterzugmusters repeated accordingly. In In a further method step, the applied conductor tracks of the line pattern with the carrier material firmly connected.

Allen bekannten Verfahren zur Herstellung flexibler Leiterfolien lastet jedoch der Nachteil an, daß das Aufbringen der Leiterbahnen auf das entsprechende Trägersubstrat in einem Zustand erfolgt, in dem das Trägersubstrat flach ausgebildet ist. Mit den bekannten Herstellverfahren ist es bislang nicht möglich, Leiterbahnen auch auf dreidimensional geformte Unterlagen aufzubringen, die von beliebiger Oberflächenkontur sind. Weiterhin sind die bisher verwendeten Verlegewerkzeuge komplex aufgebaut und daher teuer in der Anschaffung, der Wartung und im Betrieb.all known method for producing flexible conductor foils loads However, the disadvantage that the Applying the conductor tracks to the corresponding carrier substrate in a state in which the carrier substrate is formed flat is. With the known manufacturing methods, it is not yet possible, conductor tracks also apply to three-dimensionally shaped documents, the any surface contour are. Furthermore, the laying tools used so far are complex built and therefore expensive to purchase, maintenance and in the Business.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Aufbringen von Leiterstrukturen auf Oberflächen derart anzugeben, daß das Aufbringen von elektrisch leitenden Bahnen auf beliebig dreidimensional gestalteten Oberflächen mit möglichst einfachen kostengünstigen Mitteln möglich wird. Das Verfahren soll insbesondere auch ermöglichen dreidimensional strukturierte Leiterfolien mit Leiterbahnen zu versehen. Ferner soll es nicht nur möglich sein, Leiterbahnen auf Leiterfolien aufzubringen, sondern überdies auf beliebig geformte Bauteile, wie sie beispielsweise im Karosseriebau vorkommen. Schließlich sollen jegliche an sich bekannte, auf dem Weltmarkt verfügbare Ausgangsmaterialien für die Leiterfolien respektive Leiterbahnen verwendbar sein.Of the Invention is based on the object, a method for applying of conductor structures on surfaces specify such that the Applying electrically conductive tracks on any three-dimensional designed surfaces with as possible simple inexpensive Means is possible. The method should in particular also enable three-dimensionally structured To provide conductor foils with conductor tracks. Furthermore, it should not only possible be to apply traces on conductor foils, but also on arbitrarily shaped components, such as those in the body shop occurrence. After all should be any known, available on the world market starting materials for the Can be used conductor foils respectively conductor tracks.

Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche.The solution the problem underlying the invention is specified in claim 1. The concept of the invention advantageously further-forming features Subject of the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Aufbringen von Leiterstrukturen auf beliebig geformte Oberflächen von Substraten, durch punktuelles Fixieren von endlos ausgebildeten Leitern an einem Anfangspunkt, geradliniges Weiterführen der Leiter an Stellen mit einer Richtungsänderung bzw. zu einem Endpunkt, wobei die Leiter punktuell fixiert und abgetrennt werden und die insgesamt verlegten Leiterstrukturen fest mit dem Substrat verbunden werden, zeichnet sich dadurch aus, dass die Endlos-Leiter in Form von bandförmigen Leitern vorliegen, dass die punktuellen Fixierungen unmittelbar vor den Richtungsänderungen mittels eines mechanischen Haltestempels temporär erfolgen, dass die Leiter unter Zugspannung geradlinig verlaufend zwischen den Richtungsänderungen weitergeführt werden, ohne eine dauerhafte Verbindung mit der Substratoberfläche einzugehen und die sich an den Stellen der Richtungsänderungen unter Zugspannung nach oben wölbenden Leiterbereiche mittels zusätzlicher Walzen oder Druckstempel temporär gegen die Oberfläche gepresst werden.The inventive method for applying conductor structures to arbitrarily shaped surfaces of Substrates, by selective fixing of endless trained Ladders at a starting point, rectilinear continuation of the Ladder at points with a change of direction or to an end point, wherein the conductors are selectively fixed and separated and the Overall laid ladder structures firmly connected to the substrate Be characterized by the fact that the endless ladder in shape of band-shaped Ladders are present that the punctual fixations immediately before the direction changes Temporarily done by means of a mechanical holding stamp that the ladder under tension running straight between the direction changes continued without a permanent connection to the substrate surface and at the points of change of direction under tension arching upwards Ladder areas by means of additional Rollers or plunger temporarily against the surface be pressed.

Ausgehend von einer an sich bekannten Leiterbahn, die typischerweise aus einer flachbandartigen Metallfolie gearbeitet ist, vorzugsweise aus Kupfer besteht und als Meterware erhältlich ist, wird diese auf an wenigstens einer Stelle auf einer Oberfläche fixiert und geradlinig bis zu einem Oberflächenbereich aufgebracht, an dem der Leiterbahnverlauf eine Richtungsänderung erfährt. Das Aufbringen der Leiterbahn auf die Oberfläche erfolgt vorzugsweise derart, daß während des Aufbringens keine feste Verfügung zwischen der Leiterbahn und der Oberfläche erfolgt. Unmittelbar vor der Richtungsänderung des Leiterbahnverlaufes wird die Leiterbahn an wenigstens einer zweiten Stelle gegen die Oberfläche zumindest zeitweise fixiert, was beispielsweise mit Hilfe eines Haltestempels, der die Leiterfolie gegen die Oberfläche drückt, erfolgen kann. Durch die lokale Fixierung der Leiterbahn gegen die Oberfläche ist es möglich, den sich nach der Stelle der Richtungsänderung anschließende Aufbringvorgang der Leiterbahn unter einer gewissen Zugspannung durchzuführen, ohne dabei den bisherigen, bereits aufgebrachten Verlauf der Leiterbahn zu beeinträchtigen. Die Größe der Zugspannung, mit der die Leiterbahn auf die Oberfläche weiter aufgebracht wird, ist dabei derart zu wählen, daß zum einen die Leiterbahn nicht reißt und zum anderen die Leiterbahn an der Stelle der Richtungsänderung entsprechend verformt wird und der weitere Leiterbahnverlauf wieder geradlinig erfolgt. Die als Kupferband ausgebildete Leiterbahn wird infolge der herrschenden Zugspannung am Ort der Richtungsänderung entlang einer Bandseitenkante gedehnt und entlang der dieser gegenüberliegenden Bandseitenkante gestaucht, wodurch sich das Band nach oben wölbt. Um einen innigen Kontakt des Leiterbandes an der Richtungsänderungsstelle zu gewährleisten, wird der Leiterbandabschnitt an dieser Stelle mit Hilfe geeigneter Walzen oder Druckstempel gegen die Oberfläche gepreßt.Starting from a known conductor track, which is typically made of a flat-band-like metal foil, preferably made of copper and is available by the meter, this is on at least one point on a Oberflä fixed and rectilinear applied to a surface area at which the conductor track undergoes a change in direction. The application of the conductor track on the surface is preferably carried out in such a way that during the application no fixed disposition between the conductor track and the surface takes place. Immediately before the change in direction of the conductor track, the conductor is fixed at least a second point against the surface at least temporarily, which can be done for example by means of a holding stamp, which presses the conductor foil against the surface. By local fixation of the conductor against the surface, it is possible to perform the subsequent to the point of change of direction subsequent application process of the conductor under a certain tensile stress, without affecting the previous, already applied course of the conductor. The size of the tensile stress, with which the conductor is further applied to the surface, is to be chosen such that on the one hand does not tear the strip and on the other hand, the conductor is deformed in accordance with the change in direction and the further trace course is rectilinear again. Trained as a copper strip trace is stretched due to the prevailing tensile stress at the site of change of direction along a band edge edge and compressed along the opposite band side edge, whereby the band bulges upwards. In order to ensure intimate contact of the conductor strip at the direction change point, the conductor strip section is pressed at this point by means of suitable rollers or plunger against the surface.

Der vorstehend beschriebene Vorgang des sukzessiven Aufbringens einer Leiterbahn auf einer beliebig geformten Oberfläche wird solange wiederholt, bis die Leiterbahn vollständig auf der Oberfläche aufgebracht ist. Eine innige Verfügung zwischen Leiterbahn und Oberfläche erfolgt vorzugsweise nach vollendeter Aufbringung der Leiterbahn auf die Oberfläche, beispielsweise kann durch kurzzeitiges Erhitzen eine innige Haftung zwischen Leiterbahn und Oberfläche hergestellt werden. Ebenfalls bieten sich Haftmedien an, die die Leiterfolie mit der Oberfläche regelrecht verkleben.Of the above-described process of successive application of a Trace on an arbitrarily shaped surface is repeated as long as until the track is complete applied to the surface is. A heartfelt decision between track and surface preferably takes place after complete application of the conductor track on the surface, For example, by brief heating an intimate adhesion between track and surface getting produced. Also offer themselves to detention media, the Conductor foil with the surface downright stick together.

Zum Aufbringen der Leiterbahn auf beliebig geformte Oberfläche dient ein Verlegewerkzeug, das wenigstens eine Speichereinheit vorsieht, von der einstückig die Leiterbahn mit Hilfe einer Fördereinrichtung entnehmbar ist. Von einer beispielsweise spulenartig ausgebildeten Speichereinheit gelangt die Leiterbahn über ein Rollenpaar, das motorisch angetrieben ist und die Fördereinrichtung darstellt, auf die Oberfläche, auf der die Leiterbahn zu verlegen ist. Ferner ist eine Schneideeinheit vorgesehen, die ein Durchtrennen der Leiterbahnfolie innerhalb des Verlegewerkzeuges ermöglicht. Damit die Leiterbahn hochflexibel auf beliebig geformte Oberflächen aufzubringen ist, ist das Verlegewerkzeug an einem Handhabungssystem angebracht, beispielsweise an einem frei positionierbaren Roboterarm, wodurch eine freie, dreidimensionale Positionierung des Verlegewerkzeuges relativ zu einer mit der Leiterbahn zu beaufschlagenden Oberfläche möglich ist.To the Applying the conductor to arbitrarily shaped surface is used a laying tool that provides at least one storage unit, from the one piece the conductor track by means of a conveyor is removable. From a spool-like example Storage unit passes the conductor via a pair of rollers, which is driven by a motor is and the conveyor represents, on the surface, on which the track is to be laid. Furthermore, a cutting unit provided that a severing of the conductor foil within the Installation tool allows. So that the trace can be applied highly flexibly to arbitrarily shaped surfaces is, the laying tool is attached to a handling system, For example, on a freely positionable robot arm, creating a free, three-dimensional positioning of the laying tool relative to a surface to be acted upon by the conductor track is possible.

Zusätzlich zu dem Verlegewerkzeug sind Anpreßwerkzeuge vorgesehen, die in Form einer Walze oder Druckstempel ausgebildet sind und senkrecht von oben gegen die Oberfläche druckbeaufschlagt absenkbar sind. Mit Hilfe der Anpreßwerkzeuge ist es möglich, die von dem Verlegewerkzeug auf die Oberfläche aufgebrachte Leitbahn gegen die Oberfläche zu pressen und gegebenenfalls gegen diese zu fixieren.In addition to the laying tool are pressing tools provided, which are formed in the form of a roller or plunger are vertically and vertically lowered from above against the surface pressurized are. With the help of the pressing tools Is it possible, the applied by the laying tool on the surface track against the surface too press and if necessary to fix against them.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Aufbringen von Leiterstrukturen auf eine beliebig geformte Oberflächen wird eine entscheidende Flexibilisierung bei der Herstellung von flexiblen Leiterbahnen ermöglicht. So bedarf es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren keiner typenabhängigen Werkzeuge, die eine wirtschaftliche Herstellung von flexiblen Leiterbahnen erst ab einer sehr großen Losgröße erlauben, wodurch es erstmals möglich wird, beliebig ausgebildete Leiterbahnverläufe auf Produkten mit nur sehr geringen Stückzahlen im wirtschaftlichen Rahmen zu produzieren. Überdies lassen sich auch Bauteile direkt mit einer Leiterfolie versehen, auf die die entsprechenden Leiterbahnen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Verwendung der Vorrichtung aufgebracht werden können. Selbstverständlich können die Leiterbahnen auch direkt auf die Oberflächen der Bauteile aufgebracht werden, sofern sie sich für ein entsprechendes Abscheiden von Leiterbahnen eignen, d.h. über ein entsprechendes Haftvermögen verfügen sowie elektrisch isolierend sind. Bedingt durch die Funktionsweise des Verlegewerkzeuges kann auch eine beliebig dreidimensional ausgebildete Verdrahtung unterschiedlicher Bauteile vorgenommen werden.With Help of the method according to the invention for Application of conductor structures on an arbitrarily shaped surfaces is a decisive flexibility in the production of flexible Tracks allowed. Thus, in the method according to the invention, no type-dependent tools are required, the economical production of flexible strip conductors only from a very large Allow lot size, making it possible for the first time is, arbitrarily formed trace courses on products with only very low quantities to produce in an economic context. In addition, components can also be used directly provided with a conductor foil on which the corresponding Tracks with the inventive method and the use of Device can be applied. Of course can the printed conductors are also applied directly to the surfaces of the components Be provided for a corresponding deposition of conductor tracks are suitable, i. about one corresponding adhesion feature and electrically insulating. Due to the way it works of the laying tool can also be any three-dimensional trained Wiring of different components are made.

Kurze Beschreibung der ErfindungShort description of invention

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigen:The Invention will be described below without limiting the general inventive concept of exemplary embodiments described by way of example with reference to the drawing. Show it:

1 Prinzipsskizze für ein Verlegewerkzeug in Querschnittsdarstellung, sowie 1 Schematic diagram for a laying tool in cross-sectional view, as well

2a bis d Sequenzbilderdarstellung zum Aufbringen einer Leiterbahn auf eine beliebig geformte Oberfläche jeweils in Draufsichtdarstellung. 2a to d sequence image representation for applying a conductor track on an arbitrarily shaped surface in each case in a plan view.

1 zeigt ein Verlegewerkzeug 1, das am Ende eines Manipulatorarmes eines Handhabungsgerätes 2 verbunden über eine Drehvorrichtung 3 angebracht ist. Das Verlegewerkzeug 1 ist somit frei über eine Oberfläche 4 schwenk- und positionierbar. Im Inneren des Verlegewerkzeuges 1 sind mehrere Bandspulen 5 vorgesehen, auf denen jeweils unterschiedlich dimensionierte flachbandartige Leiterbahnen 6 aufgewickelt sind. Die Leiterbahn 6 der im Ausführungsbeispiel 1 mittig angeordneten Bandspule 5 verläuft über diverse Rollenpaare 7 zu einer zentralen Fördereinrichtung 8, die ebenfalls als Rollenpaar ausgebildet ist und von der wenigstens eine Rolle motorisch angetrieben wird. 1 shows a laying tool 1 at the end of a manipulator arm of a handling device 2 connected via a rotating device 3 is appropriate. The installation tool 1 is thus free over a surface 4 swiveling and positionable. Inside the installation tool 1 are several reels 5 provided on each of which differently dimensioned ribbon-like conductor tracks 6 are wound up. The conductor track 6 in the embodiment 1 centrally arranged tape reel 5 runs over various pairs of roles 7 to a central conveyor 8th , which is also designed as a pair of rollers and is driven by the at least one roller motor.

Unmittelbar der Fördereinrichtung 8 nachgeordnet ist eine Schneidevorrichtung 9 vorgesehen, die bei Bedarf die geförderte Leiterbahn durchtrennt. Ferner ist eine Einheit 10 zum Aufbringen eines Haftmediums, beispielsweise eines Klebers, vorgesehen, vermittels der die Leiterbahn 6 wenigstens einseitig mit dem Haftmedium beaufschlagt werden kann. Die Einheit 10 ist jedoch optional vorzusehen und/oder derart ausgebildet, daß ein Auftrag von Haftmedium auf wenigstens einer Seite der Leiterbahn 6 unterbunden werden kann.Immediately the conveyor 8th downstream is a cutting device 9 provided that cuts through the funded track as needed. Further, a unit 10 for applying an adhesive medium, for example an adhesive, provided by means of the conductor track 6 can be acted upon at least on one side with the adhesive medium. The unit 10 However, it is optional and / or designed such that an order of adhesive medium on at least one side of the conductor track 6 can be prevented.

Das Aufbringen der Leiterbahn auf die Oberfläche 4 erfolgt über eine Austragseinheit 11, die ebenfalls als Rollenpaar ausgebildet ist. Je nach Anpreßdruck des Verlegewerkzeuges 1 gegen die Oberfläche 4 wird die Leiterbahn 6 vermittels des Rollenpaars 11 mit einem einstellbaren Auflagedruck auf die Oberfläche 4 aufgebracht, wodurch die Leiterbahn formschlüssig an die Oberflächenkontur anpaßbar ist.Applying the trace to the surface 4 via a discharge unit 11 , which is also designed as a pair of rollers. Depending on the contact pressure of the installation tool 1 against the surface 4 becomes the conductor track 6 by means of the pair of rollers 11 with an adjustable contact pressure on the surface 4 applied, whereby the conductor track is positively adapted to the surface contour.

Die Fördergeschwindigkeit, mit der die Leiterbahn 6 aus dem Verlegewerkzeug 1 ausgetragen wird, ist über die motorisch antreibbare Fördervorrichtung 8 einstellbar. So ist es möglich, die Leiterbahn 6 derart unter Zugspannung auf die Oberfläche 4 aufzubringen, indem das Verlegewerkzeug 1 vermittels des Handhabungsgerätes 2 verfahren wird, wobei die Fördervorrichtung 8 entweder blockiert oder die Leiterbahn 6 mit verringerter Fördergeschwindigkeit, verglichen mit der Vorschubgeschwindigkeit des Verlegewerkzeuges 1, die Leiterbahn 6 austrägt.The conveying speed with which the conductor track 6 from the installation tool 1 is discharged, is about the motor driven conveyor 8th adjustable. So it is possible the conductor track 6 under tension on the surface 4 to apply by the laying tool 1 by means of the handling device 2 is moved, wherein the conveying device 8th either blocked or the track 6 with reduced conveying speed, compared with the feed rate of the laying tool 1 , the conductor track 6 discharges.

Optional ist ferner ein Haftstempel bzw. -walze 12 vorgesehen, die dem Verlegewerkzeug 1 nachgeführt wird und die mittels eines Walzenkopfes die auf die Oberfläche 4 aufgebrachte Leiterbahn 6 andrückt.Also optional is an adhesive stamp or roller 12 provided that the laying tool 1 is tracked and the means of a roll head on the surface 4 applied trace 6 presses.

Insbesondere im Falle eines bloßen Auflegens der Leiterbahn 6 auf die Oberfläche 4, d.h. ohne eine sofortige Herstellung einer innigen Haftverbindung zwischen Leiterbahn 6 und Oberfläche 4, kann auf den Haftstempel 12 verzichtet werden.Especially in the case of a mere laying on of the conductor track 6 on the surface 4 , ie without an immediate production of an intimate bond between conductor track 6 and surface 4 , can on the adhesive stamp 12 be waived.

Im weiteren wird der Verfahrensablauf zum Aufbringen der Leiterbahn 6 auf die Oberfläche 4 unter Bezugnahme auf die 2a bis d näher erläutert.Furthermore, the procedure for applying the conductor track 6 on the surface 4 with reference to the 2a to d explained in more detail.

Zur Verlegung der Leiterbahn bewegt sich das in 1 gezeigte Verlegewerkzeug, geführt durch ein Handhabungssystem, zu einem Startpunkt auf der Oberfläche, von der aus die Leiterbahn auf die Oberfläche aufgebracht werden soll. Wenigstens am Startpunkt ist die Leiterbahn mit der Oberfläche fest zu verbinden. Die feste Verbindung kann durch ein geeignetes Haftmedium oder durch kurzzeitiges Erhitzen der Leiterbahn erfolgen. Nach Herstellung der festen Verbindung zwischen Leiterbahn und Oberfläche bewegt sich das Verlegewerkzeug nach einem vorgegebenen Muster vom Startpunkt aus in geradliniger Weise zu einer Stelle eines ersten Richtungswechsels. Bei Erreichen dieser Stelle wird die auf die Oberfläche aufgebrachte Leiterbahn wenigstens temporär gegen die Leiterbahn fixiert, was beispielsweise mittels eines Haltestempels (siehe hierzu 2a) erfolgen kann. Mit Ausnahme des Startpunktes ist es nicht erforderlich, die Leiterfolie 6 auf der Oberfläche 4 dauerhaft zu fixieren. Nachdem an der Stelle der ersten Richtungsänderung die Leiterfolie 6 vermittels des Haltestempels 13 fixiert ist, verfährt das Verlegewerkzeug in eine neue Richtung, bis ein nächster Punkt einer Richtungsänderung erreicht wird. Während des Verlegens oder bei Erreichen des nächsten Punktes einer Richtungsänderung wird die aufgebrachte bzw. aufzubringende Leiterbahn 6 unter Zugspannung auf der Oberfläche 4 aufgebracht, wobei die Leiterbahn 6 am Ort der ersten Richtungsänderung verformt wird. (Siehe hierzu 2b). Die als Flachmaterial ausgebildete Leiterbahn wölbt sich infolge der Verformung von der Oberfläche nach oben, so daß nachfolgend mit Hilfe einer Walze bzw. eines Druckstempels die verformte Leiterbahn gegen die Oberflächenkontur der Oberfläche gedrückt werden muß.To move the trace moves in 1 shown laying tool, guided by a handling system, to a starting point on the surface from which the conductor is to be applied to the surface. At least at the starting point, the track must be firmly connected to the surface. The solid compound can be made by a suitable adhesive medium or by brief heating of the conductor track. After the fixed connection between the conductor track and the surface has been established, the laying tool moves in a straight line from the starting point to a point of a first change of direction according to a predetermined pattern. Upon reaching this point, the applied to the surface trace is at least temporarily fixed against the conductor, which, for example by means of a holding temple (see 2a ). With the exception of the starting point, it is not necessary, the conductor foil 6 on the surface 4 permanently fix. After at the point of the first change of direction the conductor foil 6 by means of the holding stamp 13 is fixed, moves the laying tool in a new direction until a next point of a change of direction is reached. During laying or when reaching the next point of a change of direction is the applied or applied trace 6 under tension on the surface 4 applied, the trace 6 is deformed at the location of the first change of direction. (See also 2 B ). The formed as a sheet interconnect bulges due to the deformation of the surface upwards, so that subsequently with the aid of a roller or a plunger, the deformed conductor must be pressed against the surface contour of the surface.

Am Ort der zweiten Richtungsänderung wird in der gleichen Weise verfahren, wie es vorstehend am Ort der ersten Richtungsänderung der Fall war.At the Place of the second change of direction will proceed in the same way as stated above at the place of first change of direction the case was.

Es ist von den jeweiligen Rahmenbedingungen abhängig, ob der Leiterbahnauftrag auf der Oberfläche sofort mit einer innigen Haftverbindung unmittelbar nach Austreten der Leiterbahn aus dem Verlegewerkzeug durchzuführen ist oder ob die Leiterbahn mit Ausnahme eines ersten Startpunktes auf der Oberfläche – wie vorstehend beschrieben – freiliegend aufgebracht wird. In 2d ist ein typischer Leiterbahnverlauf auf einer Oberfläche dargestellt, der vier Stellen mit Richtungsänderungen vorsieht, die nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt worden sind.It depends on the respective boundary conditions whether the conductor track application on the surface is to be carried out immediately with an intimate adhesive bond immediately after the conductor has emerged from the laying tool or if the printed conductor is applied exposed on the surface with the exception of a first starting point on the surface as described above. In 2d For example, a typical trace pattern is shown on a surface that provides four locations of directional changes made by the method described above.

Für den Fall, daß die Leiterbahn unmittelbar nach Austrag aus dem Verlegewerkzeug mit Hilfe eines Haftmediums oder durch entsprechendes Erhitzen gegen die Oberfläche verfügt wird, ist es zumindest nötig, die Leiterbahn wenigstens an der Stelle der Richtungsänderung unter Zugspannung aus dem Verlegewerkzeug auszutragen, um die gewünschte Verformung der Leiterbahn zu erhalten. Der übrige, geradlinige Verlauf der Leiterbahn kann im wesentlichen kraftfrei durchgeführt werden, es ist lediglich dafür Sorge zu tragen, daß die Leiterbahn mit einem bestimmten Mindestdruck gegen die Oberfläche gepreßt wird, um eine entsprechende Fügeverbindung herzustellen.In the case, that the Conductor immediately after discharge from the laying tool with Help a sticky medium or by appropriate heating against the surface has it is at least necessary, the track at least at the point of change of direction under tension from the laying tool to carry out the desired deformation to get the track. The rest, straightforward Course of the trace can be performed essentially force-free, it's just for that To take care that the Printed circuit is pressed against the surface with a certain minimum pressure, to make a corresponding joint connection.

11: Verlegewerkzeugwiring tool
22: Handhabungsgeräthandling device
33: Drehvorrichtungrotator
44: Oberflächesurface
55: LeiterbahnspulenInterconnect coils
66: Leiterbahnconductor path
77: UmlenkspulenUmlenkspulen
88th: FördereinrichtungConveyor
99: Schneidevorrichtungcutter
1010: Einheit zum Aufbringen eines Haftmediumsunit for applying a bonding medium
1111: Austragseinheitdischarge unit
1212: Haftstempel bzw. -walzeadhesive stamp or roller
1313: Walze, DruckstempelRoller, plunger

Claims

Method for applying conductor structures to arbitrarily shaped surfaces ( 4 ) of substrates, by punctiform fixing of endlessly formed conductors at a starting point, rectilinear continuation of the conductors at points with a change of direction or to an end point, wherein the conductors are selectively fixed and separated and the overall laid conductor structures are firmly connected to the substrate, characterized in that the endless conductors are in the form of band-shaped conductors, that the punctual fixations are made directly before the direction changes by means of a mechanical holding stamp temporarily that the conductors are continued under tension linearly extending between the direction changes without a permanent connection to the substrate surface to enter and are pressed at the points of change in direction under tension upwardly arching ladder areas by means of additional rollers or plunger temporarily against the surface.

A method according to claim 1, characterized in that the ladder after completion of installation fixed to the surface ( 4 ).

Method according to claim 2, characterized in that that the conductors are located on the surface with the help of an adhesive medium.

A method according to claim 2, characterized in that the conductors by thermal action with the surface ( 4 ).

Method according to one of claims 1 to 4, characterized that the conductors consist of flat-band-like metal foil.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized that the application of the ladder to the surface by means of a laying tool takes place after a predetermined laying pattern on the surface guided becomes.

Method according to Claim 6, characterized in that the conductors are applied to the surface by means of the laying tool be that the ladder is not fixed to the surface.

Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that after application of the conductors on the surface of the conductor using a pressure tool ( 13 ) in intimate contact with the surface ( 4 ) to be brought.