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Die Erfindung betrifft eine selbsttragende Metallfolie,
insbesondere eine Kupferfolie, die aufgrund ihres Gefüges eine
kleine Scherfestigkeit besitzt und scharfrandig strukturierbar ist,
mit einer Metallgrundschicht und einer auf einer Außenseite
der Metallgrundschicht ausgebildeten Blumenkohlstruktur aus dem
Metall der Metallgrundschicht.
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Aus der
EP 0 063 347 ist eine Metallfolie
bekannt, die als Prägefolie
verwendet wird und mittels eines geeigneten Prägestempels auf ein Substrat transferierbar
ist. Um diese bekannte, scharfrandig strukturierbare Metallfolie
am besagten Substrat zu fixieren, wird ein Kleber verwendet, bei
dem es sich vorzugsweise um einen Schmelzkleber handelt. Ein solcher
Kleber stellt eine elektrisch isolierende Schicht dar, so daß eine elektrisch
leitende Kontaktierung der scharfrandig strukturierbaren Metallfolie mit
dem Substrat dort nicht möglich
ist. Bei elektrisch isolierenden Substraten ist das nicht erheblich,
anders liegen die Verhältnisse
jedoch bei ohmisch leitenden Substraten.
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Um zwischen einer solchen bekannten, scharfrandig
strukturierbaren Metallfolie und einem Substrat eine elektrisch
leitende Verbindung herzustellen, schlägt die
EP 0 392 151 A2 vor, in
die Kleberschicht zwischen der Metallfolie und dem Substrat Lötpulverpartikel
zu integrieren.
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Unabhängig davon, ob in die Kleberschicht Lötpulverpartikel
integriert sind oder nicht, ist es bei der bekannten, scharfrandig
strukturierbaren Metallfolie erforderlich, an ihrer dem Substrat
zugewandten Seite die Kleberschicht anzubringen. Das stellt einen nicht
zu vernachlässigenden
Produktionsaufwand dar.
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Aus der
US-A 5 019 221 ist eine Vorrichtung zur
galvanischen Herstellung einer Metallfolie, wie einer Kupferfolie,
auf einer Walzenkathode bekannt, die in ein Ionen des Metalls enthaltendes
Elektrolytbad eintaucht. Ein Anodenkorb ist von der Walzenkathode
beabstandet vorgesehen. Der Anodenkorb ist zur Walzenkathode konzentrisch
angeordnet. An die Walzenkathode und den Anodenkorb wird eine definierte
Gleichspannung angelegt. Gleichzeitig wird die Walzenkathode drehend
angetrieben. Infolge der besagten Gleichspannung fließt zwischen
der Walzenkathode und dem Anodenkorb ein bestimmter hoher Gleichstrom,
wobei auf der Walzenkathode die Metallfolie in Gestalt einer Metallgrundschicht
abgeschieden wird. Diese bekannte Metallfolie weist auf ihrer von
der Walzenkathode abgewandten Außenseite eine relativ geringe
Oberflächenrauhigkeit
auf. Die Oberflächenrauhigkeit
einer solchermaßen
hergestellten Kupferfolie beträgt
maximal 5 bis 6 μm.
Infolge dieser geringen Oberflächenrauhigkeit
ist es bislang nicht möglich,
eine solche bekannte Metall- bzw.
Kupferfolie ohne Kleberschicht direkt auf ein Substrat scharfrandig
strukturiert aufzuprägen.
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Aus der
US 4,692,221 bzw. aus der
US 5,215,646 ist jeweils
ein Verfahren zur Herstellung einer selbsttragenden Metallfolie,
insbesondere Kupferfolie, bekannt, die aufgrund ihres Gefüges eine kleine
Scherfestigkeit besitzt und scharfrandig strukturierbar ist, wobei
auf einer eine Kathode bildenden, sich drehenden Walze, die in ein
Ionen des Metalls enthaltendes Elektrolytbad eingetaucht ist, auf
galvanischem Wege die Metallfolie abgeschieden wird. Von der Walzenkathode
ist ein Anodenkorb beabstandet vorgesehen. Während der Drehung der Walzenkathode
wird an die Walzenkathode und den Anodenkorb eine definierte einstellbare
Gleichspannung angelegt, so daß zwischen
der Walzenkathode und dem Anodenkorb im Elektrolytbad ein bestimmter
einstellbarer hoher Gleichstrom fließt, durch den auf der Walzenkathode
eine Metallgrundschicht abgeschieden wird. Zwischen der Walzenkathode
und dem Anodenkorb ist mindestens eine Zusatzanode vorgesehen. Zwischen
der Walzenkathode und der Zusatzanode wird eine definierte einstellbare
zweite Gleichspannung angelegt, so daß zwischen der Walzenkathode
und der Zusatzanode ein bestimmter einstellbarer zusätzlicher
Gleichstrom fließt,
wodurch auf der von der Walzenkathode abgewandten Außenseite
der Metallgrundschicht eine Blumenkohlstruktur aus dem Metall festhaftend
abgeschieden wird. Die Metallfolie aus der mit der Blumenkohlstruktur
versehenen Metallgrundschicht wird vor der Walzenkathode abgelöst. Die
Metallfolie aus der mit der Blumenkohlstruktur versehenen Metallgrundschicht wird
gespült
und getrocknet. Die solchermaßen
hergestellte Metallfolie, insbesondere Kupferfolie, weist im Vergleich
zu einer Metall- insbesondere Kupferfolie ohne Blumenkohlstruktur
infolge ihrer erhöhten Oberflächenrauhigkeit
nach dem Aufprägen
auf ein Substrat eine verbesserte Haftfestigkeit auf.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Metallfolie, insbesondere Kupferfolie der eingangs genannten Art
zu schaffen, deren Haftfestigkeit nach dem Aufprägen auf ein Substrat weiter
verbessert ist.
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Diese Aufgabe wird bei einer Metallfolie,
insbesondere Kupferfolie, der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß die
Metallfolie aus der mit der Blumenkohlstruktur versehenen Metallgrundschicht
eine Black-Oxyde-Beschichtung
aufweist.
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Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Metallfolie,
insbesondere Kupferfolie, wird wie folgt vorgegangen:
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Auf einer eine Kathode bildenden,
sich drehenden Walze, die in ein Ionen des Metalles enthaltendes
Elektrolytbad eingetaucht ist, wird auf galvanischem Wege die Metallfolie
abgeschieden. Von der Walzenkathode ist ein Anodenkorb konstant
beabstandet vorgesehen. Während
der Drehung der Walzenkathode wird an die Walzenkathode und den
Anodenkorb eine definierte einstellbare Gleichspannung angelegt,
so daß zwischen
der Walzenkathode und dem Anodenkorb im Elektrolytbad ein bestimmter
einstellbarer hoher Gleichstrom fließt, durch den auf der Walzenkathode
die Metallgrundschicht abgeschieden wird. Zwischen der Walzenkathode
und dem Anodenkorb ist eine Zusatzanode vorgesehen. Zwischen der
Walzenkathode und der Zusatzanode wird eine definierte, einstellbare
zweite Gleichspannung angelegt, so daß zwischen der Walzenkathode und
der Zusatzanode ein bestimmter einstellbarer zusätzlicher Gleichstrom fließt, wodurch
auf der von der Walzenkathode abgewandten Außenseite der Metallgrundschicht
eine Blumenkohlstruktur aus dem Metall festhaftend abgeschieden
wird. Die Metallfolie aus der mit der Blumenkohlstruktur versehenen
Metallgrundschicht wird dann von der Walzenkathode abgelöst.
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Der Anodenkorb kann von der Walzenkathode
bspw. einen konstanten Abstand besitzen, der bspw. größenordnungsmäßig 50 mm
beträgt.
Die mindestens eine Zusatzanode zwischen dem Anodenkorb und der
Walzenkathode kann bspw. eine Anodenstange aufweisen, die von der
Walzenkathode einen konstanten Abstand aufweist, der größenordnungsmäßig 2 bis
3 mm betragen kann. Auf der sich drehenden Walzenkathode wird mit
Hilfe des Anodenkorbes die Metall- bzw. Kupfergrundschicht abgeschieden.
Diese Grundschicht kann in Abhängigkeit von
der an die Walzenkathode und den Anodenkorb angelegte Gleichspannung
und den dazwischen fließenden
Gleichstrom größenordnungsmäßig 10 bis 100 μm betragen.
Die mindestens eine Zusatzanode zwischen der Walzenkathode und dem
Anodenkorb bewirkt in Abhängigkeit
von der zwischen diesen angelegten zweiten Gleichspannung und dem
durch diese zweite Gleichspannung gegebenen zusätzlichen Gleichstrom auf der
Metall- bzw. Kupfer-Grundschicht die Blumenkohlstruktur aus dem
Metall bzw. aus dem Kupfer. Diese Blumenkohlstruktur ergibt eine
Oberflächenrauhigkeit,
die zwischen 10 und 25 μm
beträgt.
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Die erfindungsgemäße Metall- bzw. Kupferfolie
aus Grundschicht und Blumenkohlstruktur weist also in vorteilhafter
Weise eine solche Oberflächenrauhigkeit
auf, daß die
Metallfolie direkt und unmittelbar, d.h. auch ohne Kleberschicht,
auf ein Substrat scharfrandig strukturiert festhaftend aufgeprägt werden
kann. Dabei verhakt sich die Blumenkohlstruktur der Folie mit dem
Substrat, so daß sich
eine hohe Schälfestigkeit
der Folie auf dem Substrat quasi unabhängig vom Material des Substrates
ergibt. Bei dem Substrat kann es sich z.B. um einen elektrisch bzw.
ohmisch leitenden Körper handeln.
Wird ein solcher Körper
mit der erfindungsgemäßen Folie
scharfrandig strukturiert beprägt,
so kann der besagte Körper
z.B. als Widerstandsheizelement benutzt werden. Selbstverständlich kann
die erfindungsgemäße Folie
auch auf ein elektrisch isolierendes Substrat scharfrandig strukturiert
aufgebracht werden, um z.B. eine Schaltungsstruktur mit einer hohen
Leistungsaufnahme zu realisieren. Desgleichen ist es möglich, die
erfindungsgemäße scharfrandig
strukturierbare Folie auf ein eine Kleberschicht aufweisendes Substrat
aufzuprägen
oder die Folie mit einer Kleberschicht zu versehen, um sie auf ein
beliebiges Substrat scharfrandig strukturiert aufzuprägen.
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Zweckmäßig ist es, wenn zur Herstellung
der Metallgrundschicht mit einer bestimmten Dicke die Drehgeschwindigkeit
der Walzenkathode und die Gleichspannung zwischen der Walzenkathode
und dem Anodenkorb aneinander angepaßt werden. D.h. die Dicke der
Metallgrundschicht ist zur Gleichspannung zwischen der Walzenkathode
und dem Anodenkorb und folglich zum Gleichstrom zwischen Walzenkathode
und Anodenkorb direkt proportional und zur Drehgeschwindigkeit der
Walzenkathode umgekehrt proportional.
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Zur Ausbildung einer bestimmten Dicke
oder Höhe
der Metall-Blumenkohlstruktur
auf der Metallgrundschicht können
die zusätzliche
Gleichspannung zwischen der Zusatzanode und der Walzenkathode und
die Drehgeschwindigkeit der Walzenkathode aneinander angepaßt werden.
Für die
Dicke oder Höhe
der Metall-Blumenkohlstruktur auf der Metallgrundschicht gilt ähnlich wie
für die
Dicke der Metallgrundschicht, daß die Dicke bzw. Höhe der Metall-Blumenkohlstruktur
zur zusätzlichen
Gleichspannung zwischen der Zusatzanode und der Walzenkathode und
dem dazwischen fließenden zusätzlichen Gleichstrom
direkt proportional und zur Drehgeschwindigkeit der Walzenkathode
umgekehrt proportional ist. Durch passende Einstellung der zusätzlichen
Gleichspannung und der Drehgeschwindigkeit ist es gezielt möglich, die
Dicke oder Höhe
der Metall-Blumenkohlstruktur wunschgemäß zwischen 10 und 25 μm einzustellen.
Eine größere Dicke
oder Höhe
der Metall-Blumenkohlstruktur
ist wenig sinnvoll, weil sich dann Partikel der Blumenkohlstruktur von
dieser unerwünscht
ablösen.
Eine geringere Dicke oder Höhe
der Metall-Blumenkohlstruktur als 10μm weist ebenfalls wenig Sinn
auf, weil dann die Haftfestigkeit der erfindungsgemäßen, scharfrandig strukturierbaren
Folie nach dem Aufprägen
auf ein Substrat nicht die gewünschte
Schälfestigkeit
besitzt.
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Die Metallfolie aus der mit der Blumenkohlstruktur
versehenen Metallgrundschicht wird dann gespült und getrocknet. Die getrocknete
Metallfolie wird dann durch ein Blackoxide-Bad hindurchbewegt. Anschließend erfolgt
ein Spülvorgang
und danach ein Trockenvorgang. Die solchermaßen hergestellte Metallfolie,
insbesondere Kupferfolie, die aufgrund ihres Gefüges eine kleine Scherfestigkeit
besitzt und folglich scharfrandig durch Prägen strukturierbar ist, weist
durch die Behandlung im Blackoxide-Bad nicht nur eine Blumenkohlstruktur,
sondern gleichsam eine faserige haarige Blumenkohlstruktur auf,
durch welche die Schälfestigkeit
der auf ein Substrat aufgeprägten
Metallfolie weiter verbessert ist.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und
Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer in
der Figur schematisch verdeutlichten Vorrichtung zur Durchführung des
oben beschriebenen Verfahrens zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Metall-
insbes. Kupferfolie, eines stark vergrößerten Ausschnittes aus einer
erfindungsgemäßen Metall- insbes.
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Kupferfolie sowie eines Diagramms
zur Verdeutlichung der Schälfestigkeit
einer erfindungsgemäßen Metall-
bzw. Kupferfolie aufgeprägt
auf Substrate aus verschiedenen Kunststoffmaterialien. Es zeigen:
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1 schematisch
eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Metall-
insbes. Kupferfolie,
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2 eine
REM-Aufnahme eines Ausschnittes einer erfindungsgemäßen Metall-
bzw. Kupferfolie zur Verdeutlichung der Blumenkohlstruktur,
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3 ein
weiter vergrößertes Detail
aus 2 zur Verdeutlichung
der faserig haarigen Blackoxide-Beschichtung der Blumenkohlstruktur,
und
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4 eine
Diagrammdarstellung zur Verdeutlichung der Schälfestigkeit einer erfindungsgemäßen Metall-
bzw. Kupferfolie, die auf verschiedene Kunststoffmaterialien aufgeprägt worden
ist, im Vergleich mit einer bekannten Metall- bzw. Kupferfolie, die
aufgrund ihres Gefüges
eine kleine Schärfestigkeit
besitzt und scharfrandig strukturierbar ist, die in bekannter Weise
mittels eines Klebers, insbes. Schmelzklebers, auf einem entsprechenden
Substrat fixiert worden ist.
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1 zeigt
ein Elektrolytbad 10 aus, das in einer Wanne 12 einen
Elektrolyten 14 enthält.
Der Elektrolyt 14 wird mit Hilfe einer Pumpe 16 und
einer der Pumpe nachgeordneten Filter- bzw. Reinigungs- und Regeneriereinrichtung 18 umgewälzt. Zu
diesem Zwecke sind in der Wanne 12 des Elektrolytbades 10 Spülrohre 20 vorgesehen.
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In den Elektrolyten 14 des
Elektrolytbades 10 ist eine Walzenkathode 22 sowie
ein Anodenkorb 24 eingetaucht. Der Anodenkorb 24 ist
von der Walzenkathode 22 definiert beabstandet; er ist
zur Walzenkathode 22 konzentrisch angeordnet. Die Spülrohre 20 befindet
sich im Zwischenraum zwischen der Walzenkathode 22 und
dem Anodenkorb 24. Die Walzenkathode 22 und der
Anodenkorb 24 sind mit einer ersten Gleichspannungsquelle 26 zusammengeschaltet,
durch die im Elektrolyten 14 zwischen der Walzenkathode 22 und
dem Anodenkorb 24 ein entsprechend hoher Gleichstrom fließt. Bei
diesem Gleichstrom handelt es sich um den lonenstrom der im Elektrolyten 14 vorgesehenen
Metall- bzw Kupferionen zur Walzenkathode 22 hin. Die besagten
Ionen scheiden sich auf der Zylindermantelfläche 28 der Walzenkathode 22 ab.
Die Walzenkathode 22 wird mit einer bestimmten Drehzahl
angetrieben. Das ist durch den bogenförmigen Pfeil 30 angedeutet.
Die auf der Zylindermantelfläche 28 abgeschiedenen Metall-
bzw. Kupferionen bilden auf der Zylindermantelfläche 28 der Walzenkathode 22 eine
Metall- bzw. Kupfer-Grundschicht aus.
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Zwischen der Walzenkathode 22 und
dem Anodenkorb 24 ist außerdem eine stab- bzw. stangenförmige Zusatzanode 32 vorgesehen,
die in axialer Richtung der Walzenkathode 22 orientiert
ist. Die Zusatzanode 32 weist von der Walzenkathode 22 einen
wesentlich kleineren Abstand auf als der Anodenkorb 24.
die Zusatzanode 32 und die Walzenkathode 22 sind
mit einer zweiten Gleichspannungsquelle 34 zusammengeschaltet.
Die Spannung der ersten Gleichspannungsquelle 26 und die
Spannung der zweiten Gleichspannungsquelle 34 sind voneinander
unabhängig
wunschgemäß einstellbar.
Die zweite Gleichspannungsquelle 34 bewirkt einen entsprechenden Metall-
bzw. Kupfer-lonenstrom in Richtung von der Zusatzanode 32 zur
Walzenkathode 22. Dieser zusätzliche Gleichstrom erzeugt
auf der von der Walzenkathode 22 abgewandten Außenseite
der Metallgrundschicht eine Blumenkohlstruktur aus dem Metall bzw.
aus dem Kupfer, die auf der Metallgrundschicht fest haftend abgeschieden
wird, wenn die Spannung der zweiten Gleichspannungsquelle 34 passend
eingestellt wird. Zu demselben Zwecke kann die Zusatzanode 32 radial
verstellbar sein.
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Die auf diese Weise auf der Zylindermantelfläche 28 der
Walzenkathode 22 abgeschiedene Metallgrundschicht mit der
fest haftenden Blumenkohlstruktur wird kontinuierlich von er sich
drehenden Walzenkathode 22 abgelöst, um eine erste Umlenkrolle 36 umgelenkt
und durch eine Spüleinrichtung 38 hindurchbewegt.
In dieser Spüleinrichtung 38 wird
an der Metallfolie 40, insbes. Kupferfolie, haftender Elektrolyt 14 von
der Metallfolie 40 weggespült und nach einer Regenerierung
wieder dem Elektrolytbad 10 zugeleitet. Die solchermaßen gereinigte
Metallfolie 40 wird anschließend an diesen Spülvorgang durch
eine Trocknungseinrichtung 42 hindurchbewegt, in welcher
die Metallfolie 40 getrocknet wird.
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Die getrocknete Metall- bzw. Kupferfolie 40 wird
danach um eine zweite Umlenkrolle 44 umgelenkt und durch
ein Blackoxide-Bad 46 hindurchtransportiert. Ein solches
Blackoxide-Bad 46, d.h. die entsprechende Badlösung, steht
auf dem Markt vergleichsweise preisgünstig zur Verfügung.
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Die mit Blackoxide bedeckte Metallfolie 40 wird
aus dem Blackoxide-Bad 46 kommend um eine dritte Umlenkrolle 48 umgelenkt
und danach durch eine zweite Spuleinrichtung 50 hindurchbefördert, in der überschüssige Blackoxide-Lösung von der Metall- insbes.
Kupferfolie 40 entfernt wird. An die zweite Spüleinrichtung 50 schließt sich
in Transport- bzw. Vorschubeinrichtung der Metallfolie 40 stromabwärts eine
zweite Trocknungseinrichtung 52 an, der die Metallfolie
aus Metallgrundschicht und mit Blackoxide versehener Blumenkohlstruktur
zur fertigen Metall- bzw. Kupferfolie getrocknet wird. Diese fertige Folie
kann dann bspw. auf einen Dorn 54 einer Wickelspule 56 aufgewickelt
werden.
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2 zeigt
eine REM-Aufnahme eines Flächenabschnitts
der erfindungsgemäßen Metall-
bzw. Kupferfolie 40, aus der die auf der Metallgrundschicht 58 festhaftend
vorgesehene Blumenkohlstruktur 60 deutlich ersichtlich
ist. Die 3 verdeutlicht
weiter extrem vergrößert die
entsprechenden Blumenkohlteilchen 62 der Blumenkohlstruktur 60 der
Metall- bzw. Kupferfolie 40,
um die durch das Blackoxide erzeugten Fasern bzw. Haare auf der
Oberfläche
der Blumenkohlteilchen 62 zu verdeutlichen.
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Durch die Blumenkohlstruktur 60 und
durch die auf den Blumenkohlteilchen 62 ausgebildeten Fasern
bzw. Haare des Blackoxides ergibt sich eine ausgezeichnete Schälfestigkeit
der erfindungsgemäß hergestellten
Metall- bzw. Kupferfolie 60 auf Substraten aus verschiedenen
Kunststoffmaterialien, was in 4 in
einer Diagrammdarstellung verdeutlicht ist. Die 4 verdeutlicht in z-Richtung Schälfestigkeiten nach IEC 326
in N/mm, in y-richtung einen Vergleich der Schälfestigkeiten einer bekannten Metallfolie
der eingangs beschriebenen Art, die mittels eines organischen Klebers
auf einem Substrat aus den verschiedenen Kunststoffmaterialien fixiert ist,
im Vergleich mit einer erfindungsgemäßen Metall- bzw. Kupferfolie 40,
die auf den entsprechenden Substraten ohne Kleber einfach durch
Wärmeeinwirkung
bzw. durch Heißprägen fixiert
wird. Die Kleberbefestigung ist in der y-Richtung durch „min. org." und durch „max. org" verdeutlicht. Die
Fixierung der erfindungsgemäßen Folie 40 auf
dem entsprechenden Substrat und ohne Kleber ist durch „min. anorg." und durch „max. anorg." verdeutlicht. Auf
der x-Achse der 4 sind
diverse Kunststoffmaterialien für die
entsprechenden Substrate bezeichnet. Aus 4 ist deutlich ersichtlich, daß bei einer
Vielzahl von Kunststoffmaterialien die Schälfestigkeit heißgeprägter erfindungsgemäßer Metall-
bzw. Kupferfolien erheblich verbessert ist.