DE3031751A1

DE3031751A1 - Verfahren zur herstellung elektrotechnischer bauteile und nach diesem verfahren hergestellter schiebe- oder drehwiderstand

Info

Publication number: DE3031751A1
Application number: DE19803031751
Authority: DE
Inventors: Tibor Dipl.-Phys. 8000 München Hargita; Horst 8011 Höhenkirchen Hoffmann
Original assignee: Wilhelm Ruf KG
Current assignee: Wilhelm Ruf KG
Priority date: 1980-08-22
Filing date: 1980-08-22
Publication date: 1982-04-15
Also published as: DK370881A; FR2489072A1

Description

- 5 Anmelder: Wilhelm Ruf KG, Schwanthaler Str. 18, D-8Ö00 München

Verfahren zur Herstellung elektrotechnischer Bauteile und nach diesem Verfahren hergestellter Schiebe- oder

Drehwiderstand

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung elektrotechnischer Bauteile, die einen elektrisch nicht-leitenden Grundkörper und mindestens eine darauf aufgebrachte elektrisch leitende·Schicht aufweisen, sowie auf einem nach diesem Verfahren hergestellten Schiebe- oder Drehwiderstand. Bei bekannten Verfahren, beispielsweise zur Herstellung von Leiterplatten für gedruckte Schaltungen, für Kodierplatten oder Widerstände,ist es allgemein üblich, eine elektrisch leitende Schicht (Leiterbahn oder Widerstandsbahn) auf einen elektrisch nicht-leitenden Grundkörper (Substrat) aufzudrucken, was meistens mittels Siebdruck erfolgt. Nach dem Druckvorgang wird das bedruckte Substrat bei Raumtemperatur oder höherer Temperatur ausgehärtet.

Bei diesem bekannten Verfahren ergibt sich jedoch eine Vielzahl von Problemen. Durch den Druckvorgang ist die Oberflächenstruktur der elektrisch leitenden Schicht auf der dem Substrat abgewandten Seite relativ uneben. Dies ist insbesondere bei Dreh- oder Schiebewiderständen, bei denen ein Schleifkontakt auf dieser Oberfläche entlanggleitet nachteilig, da durch die Unebenheiten eint schnelle Abnutzung der V/iderstandsschicht und damit eine kurze "Standzeit" des Widerstandes hervorgerufen wird. Auch für andere Anwendungsfälle, bei denen die

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Oberflächenstruktur der aufgebrachten bzw. aufgedruckten elektrisch leitenden Schicht von wesentlichem Einfluß ist, beispielsweise bei Feuchtigkeitssensoren, bei denen sich der· Widerstandswert der Schicht in Abhängigkeit von der Luftfeuchtigkeit ändert, sind die bekannten Verfahren nachteilig.-

!/.eitere Probleme entstehen dadurch, daß eine Prüfung des Bauteiles erst nach dessen vollständiger Herstellung vorgenommen werden kann, was insbesondere bei Verwendung hochr wertiger Substrate wirtschaftlich nachteilig .ist, da bei Ausschuß das' Substrat fortgeworfen werden muß.

'Schließlich treten auch noch Probleme beim Aushärten auf, da die üblicherweise verwendeten Substrate, w.z.B. Phenol-Papier oder auch Kunststoffe nur verhältnismäßig niedrige Temperaturen zerstörungsfrei aushalten. Somit ergeben sich· relativ lange Aushärtezeiten (bei niedrigen Temperaturen). Durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten von Substrat und elektrisch leitender Schicht treten beim Aushärten auch Probleme der Schrumpfung auf. Manche Substratmaterialien werden beim Aushärten mit höheren Temperaturen auch spröde und können beispielsweise hinterher nicht mehr gestanzt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das eingangs ge-■ nannte Verfahren, dahingehend zu verbessern, daß die obengenannten Nachteile vermieden werden. Insbesondere soll mit einfachen Mitteln und unter Vermeidung langer Aushärtezeiten die dem Substrat angewandte Seite der elektrisch leitenden Schicht jede gewünschte Oberflächenstruktur erhalten können.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichenteil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die elektrisch leitende Schicht bzw. die Schichten werden zuerst auf einen Zwischenträger aufgebracht, was vorzugsweise mittels Siebdruck erfolgt, jedoch auch durch alle sonstigen bekannten Verfahren wie Aufspritzen, galvanisch, elektrostatisch o.a. erfolgen kann.

Der Zwischenträger besteht vorzugsweise aus.einer dünnen Metallfolie, deren eine Seite die gewünschte Oberflächenstruktur aufweist und beispielsweise hochglanzpoliert ist. Natürlich können als Zwischenträger auch alle sonstigen geeigneten Materialien verwendet werden, wie z.B. Glas, Kunststoff oder wasserlösliche Träger. . .

Der bedruckte Zwischenträger wird anschließend ausgehärtet, vorzugsweise in einem Ofen bei Temperaturen von beispielsweise 120° C. Insbesondere bei einem metallischen Zwischenträger werden aufgrund dessen guter Wärmeleitfähigkeit kurze Aushärtzeiten erreicht.

Nach dem Aushärtvorgang kann bereits eine Zwischenprüfung der erzeugten elektrisch leitenden Schicht durchgeführt werden, wobei bei Verwendung metallischer Zwischenträger eloxiertes Aluminium bevorzugt wird, da die Aluminium-Oxydschicht elektrisch nicht-leitend ist und somit die aufgebrachte elektrisch leitende Schicht axich elektrisch durchgemessen werden kann.

Ergibt diese Messung, daß ein fehlerhaftes Bauteil vorliegt, so kann es ohne große wirtschaftliche Verluste fortgeworfen werden.

Als nächster Schritt erfolgt die Übertragung der elektrisch leitenden Schicht auf den ^rundkörper. Hierzu wird der Zwischenträger mit der die elektrisch leitenden Schicht tragenden Seite mit dem Grundkörper in Kontakt gebracht. Je nach Material des Grundkörpers kann noch ein Bindemittel, wie z.B. Klebstoff, ' Heißsiegellack oder eine thermoplastische Folie zwischen den Grundkörper und den Zwischenträger gebracht werden. Ist der Grundkörper selbst aus thermoplastischem Material, so wird ein solches Bindemittel nicht unbedingt benötigt. Der Grundkörper und der Zwischenträger werden nun aneinandergepreßt, was gegebenenfalls unter zusätzlicher Wärmeeinwirkung geschehen kann. Hierdurch verbindet sich die auf dem Zwischenträger haftende elektrisch leitende Schicht fest mit dem Grundkörper.

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linen einer weiteren Variante kann der Grundkörper mit einem geeigneten Gieß- oder Spritzv/erkzeug auch auf den Zwischenträger aufgegossen bzw. aufgespritzt werden (sogenanntes Hintergießen bzw. Hinterspritzen), wodurch ebenfalls eine innige Verbindung zwischen der auf dem Zwischenträger haftenden elektrisch leitenden Schicht und dem Grundkörper' hergestellt wird.

Im letzten Schritt· wird nun der Zwischenträger entfernt; Dies geschieht, insbesondere bei den metallischen Zwischenträgern durch Ätzen. Wird als Zwischenträger eine Glasplatte .verwendet, so kann diese aufgrund der relativ schlechten Haftung der elektrisch leitenden Schicht auf ihr leicht abgehoben oder seitlich, abgezogen werden. Wird als Zwischenträger ein in Wasser lösliches Material, so kann der Zwischenträger durch Wasser entfernt werden.

Nach Entfernen des Zwischenträgers·bildet diejenige Seite der aufgebrachten elektrisch leitenden Schicht bzw. der Schichten, die unmittelbar an dem Zwischenträger gehaftet hat, die Oberfläche -bzw. Aussenseite der elektrisch leitenden Schicht des fertigen Bauteiles. Bei dem eingangs geschilderten bekannten Verfahren bildet dagegen die dem Druckwerkzeug, beispielsweise dem Drucksieb zugewandte Seite der elektrisch leitenden Schicht auch die Oberfläche bzw. Aussenseite der elektrisch leitenden Schicht auf dem fertigen Bauteil.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann auch dann angewandt werden, wenn mehrere elektrisch leitende Schichten mit oder ohne Zwischenisolation ganz oder teilweise übereinanderliegen (beispielsweise Kreuzungspunkte auf Leiterbahnen oder Dreh- bzw. Schiebewiderstände mit nicht-linearem Widerstandsverlauf). Die einzelnen elektrisch leitenden Schichten und gegebenenfalls Zwischenisolationsschichten werden nacheinander - wie bekannt - aufgedruckt, wobei gegebenenfalls zwischen den einzelnen Druckvorgängen ein Aushärtevorgang liegt.

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Gegenüber den eingangs geschilderten bekannten Verfahren, bringt das Verfahren der vorliegenden Erfindung folgende Vorteile:

Die Oberfläche der aufgebrachten elektrisch leitenden Schicht kann jede gewünschto&truktur erhalten und insbesondere auch eine- vollständig glatte Struktur, was insbesondere bei Schiebeoder Drehwiderständen aber auch bei anderen Anwendungsgebieten wie z.B. bei Feuchtigkeitsfühlern wesentliche Vorteile hinsichtlich Standzeit bzw. Meßgenauigkeit ergibt. Für den Zwischenträger können beliebige Materialien und insbesondere, billige Materialien gewählt werden, was eine Kosteneinsparung beim Basismaterial ergibt.

Ein Ausschuß beim Drucken betrifft nur' den Zwischenträger und nicht den endgültigen Grundkörper.

Bei Verwendung metallischer Zwischenträger.ergeben sich ideale Aushärtbedingungen und insbesondere eine schnellere Härtung,. was zu einem besseren Durchlauf für den Aushärtofen führt.

Bei der Aushärtung muß keine Rücksicht auf die thermische Belastbarkeit der Zwischenträgermaterialien genommen werden, insbesondere hinsichtlich Versprödung oder Stanzbarkeit.

Durch das Hintergießen bzw. Hinterspritzen.können gedruckte Strukturen mit Gehäusebautcilen voll integriert werden.

Der einzige Nachteil gegenüber dem bekannten Verfahren liegt in der Verwendung eines zusätzlichen Zwischenträgers. Dieser Nachteil wird jedoch durch die erreichten Vorteile bei weitem überwogen. ■

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren ausführlicher erläutert. Es zeigt:

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Fig. 1τ3 eine schematische Schnittansicht eines elektrotechnischen Bauteiles nach dem ersten, dritten bzw. vierten Verfahrensschritt;

Fig. 4 eine schematische Schnittansicht eines Dreh- bzw. Schiebewiderstandes mit gestuften Widerstandswerten; und · ■ ■

Fig. 5 eine schematische Schnittansicht eines Grundkörpers mit zwei sich kreuzenden Leiterbahnen.

In Fig. 1 ist ein Zwischenträger 1 gezeigt, auf den an drei verschiedenen Stellen eine elektrisch leitende' Schicht 2 aufgedruckt wurde.

In Fig. 2 ist dargestellt, wie der elektrisch nicht-leitende Grundkörper 4 unter Zwischenfügung eines Bindemittels 3, in Form einer thermoplastischen Folie mit dem bedruckten Zwischenträger 1· in Verbindung gebracht wird.

In Fig. 3 ist das fertige Bauteil gezeigt. Gegenüber den Figuren 1 und 3 ist es um 180° gedreht, wobei die Bindemittelschicht 3 fortgelassen wurde. Weiterhin ist "ersichtlich, daß die Oberfläche 5 der elektrisch leitenden Schichten 2 diejenige Seite der elektrisch leitenden Schicht -ist, die zuvor mit dem Zwischenträger 1' in Berührung war. Sie weist daher im \-resentliehen dessin Oberflächenstruktur auf.

In Fig. 4 ist schematisch ein Schiebe- bzw. Drehwiderstand dargestellt. Seine Herstellung erfolgt wie folgt: Zuerst wurde die räumlich längste Schicht 26 mit der die Schleifbahn 51 bildenden Seite auf den (nicht dargestellten) Zwischenträger aufgedruckt. Darauffolgend wurden je nach gewünschter Stufung'weitere Schichten 25, 24, 23, 22 und 21 übereinander gedruckt. Bei herkömmlichen Widerständen würctedie Stufung aussen, d.h. an der Schleifbahn liegen. Hier dagegen bildet die eine Seite der Schicht 26, die zuerst gedruckt wurde,

die Schleifbahn 51, auf der ein Schleifer 6 verschoben werden kann. Mit 31 ist eine Bindemittelschicht bezeichnet, die die jeweiligen Teile der Widerstandschichten 21-26 mit den Grundkörper 4 verbindet.

Fig. 5 zeigt schematisch einen Schnitt einer gedruckten Schaltung mit sich kreuzenden Leiterbahnen.. Die aussen liegende Schicht 2" wurde zuerst auf den (nicht dargestellten) Zwischenträger gedruckt. Anschließend wurde eine Isolierschicht 7 aufgedruckt und danach eine v/eitere elektrisch leitende Schicht

dem/
2', welche dann mit/endgültigen Grundkörper verbunden wurde.

Sämtliche aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Figuren entnehmbare technischen Einzelheiten können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombination für die Erfindung von Bedeutung sein.

Claims

B4TENMNH^UE ¹^BRQSE ""¹BROSE

D-8023 München-Pullach, Wener Wr. 2:lTel. iO39).~93 3GtUT<;lex 5212147 bros d; Cables: -Patentibus· München

υιμιυΐιί Ingenieure

Anmelder: Wilhelm Ruf KG, Schwanthaler Str. 18, D-8000 München

Ihr Zeichen: ^ ^ Tag: 22. August 1980

Your ibJ.: 79-12 Date: vBu/no

PATENTANSPRÜCHE

1J Verfahren zur Herstellung elektrotechnischer Bauteile, die einen elektrisch nicht-leitenden Grundkörper und mindestens eine darauf aufgebrachte elektrisch leitende Schicht aufweisen, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

aj Aufbringen von mindestens einer elektrisch leitenden Schicht auf einen Zwischenträger,

b) Aushärten der leitenden Schicht auf dem Zwischenträger,

c) Übertragen der leitenden Schicht auf den Grundkörper, und

d) Entfernen des Zwischenträgers.
2., Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vier Zwischenträger eine metallische Folie aus ätzbarem Material, wie z.B. Aluminium, Kupfer oder ähnlichem ist.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Seite des Zwischenträgers, auf der die leitende Schicht aufgebracht wird, hochglanzpoliert ist.
4. Verfahren-nach den Ansprüchen 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenträger aus eloxiertem Aluminium besteht. ■· "
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4,. dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine elektrisch leitende Schicht auf den Zwischenträger aufgedruckt wird, vorzugsweise durch ein Siebdruckverfahren.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Aushärten der auf den Zwischenträger aufgebrachten leitenden Schicht bei hohen Temperaturen, beispielsweise 120° C erfolgt.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-6,. dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenträger aus Glas oder einem wasserlöslichem Material besteht.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenträger aus einer Kunststoffolie besteht.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Aushärten bei Raumtemperatur und gegebenenfalls unter mechanischem Druck erfolgt.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Schicht aus Widerstandslack, Goldlack, Kupferlack oder ähnlichem besteht.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4 und 6-10, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen der elektrisch leitenden Schicht auf den Zwischenträger mittels Spritzen oder mittels elektrostatischer oder galvanischer Verfahren erfolgt.

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12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragen der leitenden Schicht auf den Grundkörper mittels Kleben, Laminieren, Kaschieren, Hintergießen oder Hinterspritzen erfolgt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß gegebenenfalls als Bindemittel zwischen der mindestens einen leitenden Schicht und dem Grundkörper ein Klebstoff, eine thermoplastische Folie oder eine Heißsiegelschicht verwendet wird.
14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche. 1-13., dadurch gekennzeichnet, daß das Entfernen des Zwischenträgers durch Ätzen erfolgt.
15. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Entfernen des Zwischenträgers durch Auflösen des Zwischenträgers in Wasser oder, wenn dieser aus Glas ist, durch Abheben des Zwischenträgers erfolgt.
16. Verfahren nach den Ansprüchen 5 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere elektrisch leitende Schichten, die sich teilweise überdecken und gegebenenfalls Isolierschichten zwischen den elektrisch leitenden Schichten aufweisen, übereinandergebracht v/erden.
17· Schiebe- bzw. Drehwiderstand mit einem Grundkörper und mehreren auf einer Seite des Grundkörpers aufgebrachten, sich teilweise überlappenden Widerstandschichten und mit einem

beweglichen Schleifkontakt, der mit mindestens einer der Schichten in Berührung steht, hergestellt nach dem Verfahren der Ansprüche 1-16, dadurch gekennzeichnet, daß die Längenerstreckung der einzelnen Widerstandsschichten (21-26) von der Oberseite des Grundkörpers (4) nach aussen hin zunimmt und daß der Schleifkontakt (6) nur mit der Oberfläche (51) aer äussersten Widerstandsschicht (26) in Berührung steht.

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18. Schiebe- bzw. Drehwiderstand nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen einzelnen Teilen der Widerstandsschichten (22-26) und der den Widerstandsschichten (21-26) zugewandten Seite des Grundkörpers (4) vorhandener Raum mit einem Bindemittel '(31) ausgefüllt ist.