-
Die
Erfindung bezieht sich auf einen elektrisch leitenden Mehrschichtaufbau
mit einer auf eine Unterlage aufgebrachten ersten Schichtlage aus
einem sich durch natürlich
gebildetes Oxid oberflächlich
passivierenden Metallmaterial, insbesondere Chrom.
-
Elektrisch
leitende Mehrschichtaufbauten werden in zahlreichen Dünnschichttechnologieanwendungen
benutzt. Eine besondere Schwierigkeit liegt im vorliegenden Fall
dadurch vor, daß für eine der
Schichtlagen des Mehrschichtaufbaus, hier als erste Schichtlage
bezeichnet, ein Metallmaterial gewählt ist, das an seiner Oberfläche einen
natürlichen, passivierenden
Oxidfilm bildet. Ein solches Metallmaterial ist beispielsweise Chrom,
das aufgrund seines hochglänzenden
Aussehens häufig
für dekorative Zwecke
verwendet wird.
-
Ein
spezieller Anwendungsfall, bei dem sich diese Problematik stellt,
sind elektronische Geräte, wie
z. B. Handys, bei denen ein oder mehrere elektronische Bausteine
und/oder Schaltkreise zwischen zwei umschließenden Bauteilen, z. B. eine
Leiterplatte und eine Gehäusehalbschale,
aufgenommen sind, die zwecks Abschirmung vor allem auch von hochfrequenter
Stör strahlung
elektrisch leitend ausgeführt sind.
Dabei besteht wenigstens eine der beiden umschließenden Bauteile
häufig
aus einem Kunststoffmaterial, z. B. aus ABS, das einseitig mit einer
Metallbeschichtung versehen ist. Letztere kann aus einer nach chemischer
Vorbehandlung der Kunststoffoberfläche galvanisch aufgebachten
Kupferschicht und einer darauf galvanisch aufgebrachten Nickelschicht bestehen.
Dieser Substrataufbau dient dann als Unterlage für eine darauf galvanisch aufgebrachte Chromschicht,
die im fertigen Produkt noch teilweise freiliegt und ihm ein gewünschtes
dekoratives Aussehen verleiht.
-
Um
die gewünschte
Abschirmwirkung zu erzielen, muß die
Chromschicht mit dem gegenüberliegenden
Bauteil, das z. B. aus einem Metallmaterial besteht, elektrisch
leitend verbunden werden. Ohne die Chromschicht wäre eine
elektrische Kontaktierung der dann zuoberst liegenden Nickelschicht
des metallisch beschichteten Bauteils mit dem anderen Bauteil unproblematisch,
da Nickel kein signifikantes natürliches
Oxid an seiner Oberfläche
bildet. Hingegen liegt an der Oberfläche der Chromschicht natürliches
Oxid in einer Dicke vor, die zu elektrischen Kontaktierungsproblemen
führen
kann, wenn das andere Bauteil direkt oder unter Zwischenfügung einer leitfähigen Dichtung
auf diesem Schichtaufbau mit obenliegender Chromschicht montiert
wird.
-
Der
Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines
elektrisch leitenden Mehrschichtaufbaus der eingangs genannten Art
zugrunde, der mit vergleichsweise geringem Aufwand herstellbar ist
und trotz der Verwendung von Metallmaterial für eine erste Schichtlage, das
einer oberflächlichen
Passivierung durch einen natürlichen
Oxidfilm unterliegt, zuverlässig
elektrisch kontaktieren läßt.
-
Die
Erfindung löst
dieses Problem durch die Bereitstellung eines Mehrschichtaufbaus
mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Dieser zeichnet sich dadurch
aus, daß auf
die erste Schicht lage, die aus dem Metallmaterial besteht, das der
Passivierung durch den natürlich
gebildeten, oberflächlichen
Oxidfilm unterliegt, mittels eines PVD(Physical Vapour Deposition)-Verfahrens direkt
oder unter Zwischenfügung
einer oder mehrerer weiterer dünner
Schichtlagen eine Schichtlage aus einem Gold- oder Goldlegierungsmaterial
aufgebracht ist. Als Goldlegierungsmaterial kann beispielsweise
eine Au/Ti-Legierung verwendet werden, wobei der Goldanteil vorzugsweise über 50%
beträgt
und über
90% betragen kann.
-
Überraschenderweise
zeigt sich, daß durch dieses
Aufbringen der Gold- oder Goldlegierungs-Schichtlage mittels einer
Vakuumbeschichtungstechnik, wie Aufdampfen oder Sputtern, die sich ansonsten
durch den natürlichen
Oxidfilm der ersten Schichtlage ergebenden elektrischen Kontaktierungsprobleme
behoben sind. Durch die aufgebrachte goldhaltige Schichtlage wird
offensichtlich die elektrisch isolierende Wirkung des natürlichen
Oxidfilms der beispielsweise aus Chrom bestehenden ersten Schichtlage
ganz oder jedenfalls soweit aufgehoben, daß die elektrische Kontaktierfähigkeit
des resultierenden Mehrschichtaufbaus in ausreichendem Maß erhalten
bleibt. Dies gilt insbesondere auch für Hochfrequenzabschirmzwecke,
d. h. der erfindungsgemäße Mehrschichtaufbau
kann z. B. als abschirmendes Gehäuseteil
in einem Handy dienen, auf das ein zweites Bauteil so montiert wird,
daß zwischenliegende
elektronische Bauteile, z. B. Sende- und Digitalteil der Handy-Elektronik, vor hochfrequenter Strahlung
von außen
und/oder untereinander abgeschirmt sind.
-
In
einer Weiterbildung nach Anspruch 2 beträgt die Dicke der goldhaltigen
Schichtlage höchstens
etwa 1 μm
und bevorzugter höchstens
etwa 0,2 μm.
Untersuchungen haben gezeigt, daß schon Schichtdicken von nur
etwa 0,1 μm
ausreichen können,
die elektrisch isolierende Wirkung des passivierenden Oxidfilms
der darunterliegenden Schichtlage aus Chrom oder einem anderen,
sich oberflächlich passivierenden
Metallmaterial ausreichend aufzuheben.
-
Bei
einem nach Anspruch 3 weitergebildeten Schichtaufbau befindet sich
zwischen der goldhaltigen Schichtlage und der Schichtlage aus dem
sich oberflächlich
durch natürliches
Oxid passivierenden Metallmaterial eine durch ein PVD-Verfahren
aufgebrachte Haftvermittlerschicht. Letztere kann beispielsweise
aus einer in-situ durch Vakuumbeschichtung aufgebrachten Fe/Ni/Cr-Edelstahllegierungsschicht
bestehen. Durch die Haftvermittlerschicht läßt sich die Haftung der goldhaltigen
Schichtlage auf der Schichtlage aus Chrom oder dergleichen verbessern.
-
Ein
nach Anspruch 4 weitergebildeter Mehrschichtaufbau beinhaltet ein
Kunststoffsubstrat als Trägerfläche, auf
die eine Metallbeschichtung, z. B. aus Cu/Ni aufgebracht ist. Auf
letzterer ist dann die Schichtlage aus Chrom oder dergleichen aufgebracht,
auf der wiederum direkt oder unter Zwischenfügung einer Haftvermittlerschicht
indirekt die goldhaltige Schichtlage gebildet ist.
-
Eine
vorteilhafte Ausführungsform
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend
beschrieben.
-
Die
einzige Figur zeigt eine schematische Querschnittansicht eines elektrisch
leitenden Schichtaufbaus, wie er z. B. für eine Trägerplatte in einem Handy verwendbar
ist.
-
Bei
dem gezeigten, elektrisch leitenden Mehrschichtaufbau kann es sich,
wie gesagt, insbesondere um ein plattenförmiges Abschirmbauteil handeln,
das mit einem Gegenstück
in Form einer Leiterplatte oder einer Gehäusehalbschale oder dergleichen
dergestalt zusammenmontierbar ist, daß dazwischen ein oder mehrere
Elektronikbausteine oder Schaltkreise gegen hochfrequente Störstrahlung
von außen
abgeschirmt sind. Wenn die beiden zusammenmontierten Bauteile durch
entsprechende Stege mehrere innere Kammern bilden, können die eingebrachten
Elektronikbausteine bzw. Schaltkreise zudem gegeneinander abgeschirmt
werden.
-
Um
diese Abschirmung zu erreichen, sind die beiden miteinander zu montierenden
Bauteile flächig
elektrisch leitend ausgeführt,
indem sie ganz aus Metall bestehen oder metallisch beschichtet sind. Letzteres
trifft für
den gezeigten Mehrschichtaufbau zu.
-
Wie
aus der Figur ersichtlich, beinhaltet der Mehrschichtaufbau ein
Substrat bzw. einen Träger 1 aus
Kunststoffmaterial, z. B. ABS-Kunststoff. Dieses Substrat ist in
herkömmlicher
Weise mit einer Cu/Ni-Metallschichtfolge beschichtet, wozu es geeignet
chemisch vorbehandelt wird, wonach zuerst eine Cu-Schicht 2 und
dann eine Ni-Schicht 3 jeweils galvanisch aufgebracht werden.
-
Auf
die so definierte Unterlage ist dann eine Chromschicht 4 galvanisch
aufgebracht. Diese dient, soweit sie nach fertiger Montage des Handys
insbesondere an Randbereichen des von dem Schichtaufbau gebildeten
Bauteils von außen
sichtbar bleibt, aufgrund ihres hochglänzenden Aussehens dekorativen
Zwecken. Bekanntermaßen
liegt an der Oberfläche
der Chromschicht 4 nach deren galvanischem Aufbringen ein
natürlich
gebildeter Oxidfilm vor, der diese Schicht 4 passiviert.
-
Um
trotz dieser Passivierungseigenschaft der Chromschicht 4 eine
auch für
Hochfrequenzabschirmzwecke ausreichende elektrische Leitfähigkeit des
Cu-Ni-Untergrunds zu dem mit diesem Bauteil zu montierenden Gegenstück zu erzielen,
ist auf die Chromschicht 4 eine goldhaltige Schichtlage 6 mittels
eines PVD-Verfahrens, wie Aufdampfen oder Sputtern im Hochvakuum,
aufgebracht, wobei optional eine Haftvermittlerschicht z. B. in
Form einer Fe/Ni-Legierungsschicht 5 zwischen die Chromschicht
und die goldhaltige Schichtlage 6 eingebracht ist. In letzterem
Fall wird auf die Chromschicht 4 durch ein PVD-Verfahren zunächst die
Haftvermittlerschicht 5 und dann in-situ ohne Vakuumunterbrechung die goldhaltige
Schichtlage 6 aufgebracht. Als Haftvermittlerschicht kann
auch eine Fe/Ni/Cr-Legierungsschicht oder eine reine Chromschicht
verwendet werden.
-
Die
goldhaltige Schichtlage 6 kann aus Gold oder aus einem
Goldlegierungsmaterial bestehen, das neben Gold beispielsweise Titan
enthält.
Dabei beträgt
der Goldanteil vorzugsweise mehr als 50% und kann insbesondere mehr
als 90% des Materials ausmachen. Es zeigt sich, daß schon
eine Schichtdicke von ca. 0,1 μm
ausreicht, den elektrisch isolierenden Effekt des passivierenden
Oxidfilms an der Oberfläche
der Chromschicht 4 soweit aufzuheben, daß eine ausreichende
elektrische Leitfähigkeit über die Chromschicht 4 hinweg
erhalten wird, ohne daß es zu
elektrischen Kontakierungsproblemen kommt.
-
Die
goldhaltige Schichtlage 6 kann somit als oberste Kontaktschicht
des elektrisch leitenden Mehrschichtaufbaus dienen, über die
dieser Mehrschichtaufbau mit einem schematisch angedeuteten Gegenstück 8 unter
optionaler Zwischenfügung
einer elektrisch leitenden Dichtung 7 zusammenmontiert werden
kann. Das Gegenstück 8 kann
insbesondere eine Leiterplatte oder eine Gehäusehalbschale eines Handys
sein. In nicht gezeigten Hohlräumen
zwischen Leiterplatte bzw. Halbschale 8 einerseits und dem
erfindungsgemäßen Mehrschichtaufbau
mit den Schichten 2 bis 6 auf dem elektrisch leitfähig beschichteten
Kunststoff-Grundkörper 1 andererseits sind
elektronische Bauteile bzw. Schaltungsteile aufgenommen, die durch
die randseitige Verbindung zwischen Mehrschichtaufbau und Gegenstück 8 nach
außen
abgeschirmt sowie durch innere Stege, an denen der Mehrschichtaufbau
und das Gegenstück 8 in
der gezeigten Weise elektrisch leitend mit Berührkontakt aneinanderliegen,
gegeneinander abgeschirmt sind. Damit wird durch die Erfindung erreicht,
daß für das eine
der beiden miteinander zu verbindenden Bauteile ein metallisch beschichteter Kunststoffkörper verwendet
werden kann, dessen metallische Schichtfolge eine Schichtlage aus
einem Metallmaterial enthält,
das einer oberflächigen
Passivierung durch natürlich
gebildetes Oxid unter liegt, wie Chrom, ohne daß dadurch die elektrische Kontaktierfähigkeit
dieses Mehrschichtaufbaus verloren geht.
-
Es
versteht sich, daß es
zur Aufrechterhaltung der gewünschten
Kontaktierfähigkeit
des Mehrschichtaufbaus nicht zwingend notwendig ist, die gesamte
Schichtlage 4 aus dem oberflächlich passivierten Metallmaterial
mit der goldhaltigen Schichtlage 6 zu beschichten. Vielmehr
kann hierfür
schon eine nur teilweise Beschichtung mit der goldhaltigen Schichtlage 6 an
ausgewählten
Stellen in Bereichen genügen,
in denen der Mehrschichtaufbau mit Berührkontakt an das daran montierte
Gegenstück 8 angrenzt. Des
weiteren versteht sich, daß erfindungsgemäße Varianten
des gezeigten Ausführungsbeispiels
realisierbar sind, bei denen unter der Chromschicht 4, über der
goldhaltigen Schicht 6 und/oder zwischen Chromschicht 4 und
goldhaltiger Schicht 6 eine oder mehrere weitere Schichtlagen
vorgesehen sind, die ganz oder jedenfalls abschnittweise aus elektrisch leitfähigem Material
bestehen und die somit die gewünschte
elektrische Kontaktierfähigkeit
des Mehrschichtaufbaus nicht beeinträchtigen.