EP1478551A1 - Verfahren zum erzeugen einer leiterbahn auf einem traegerbauteil sowie traegerbauteil - Google Patents

Verfahren zum erzeugen einer leiterbahn auf einem traegerbauteil sowie traegerbauteil

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Publication number
EP1478551A1
EP1478551A1 EP03717193A EP03717193A EP1478551A1 EP 1478551 A1 EP1478551 A1 EP 1478551A1 EP 03717193 A EP03717193 A EP 03717193A EP 03717193 A EP03717193 A EP 03717193A EP 1478551 A1 EP1478551 A1 EP 1478551A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
conductor track
carrier component
conductor
component
carrier
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03717193A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Knuth GÖTZ
Gerhard Reichinger
Franz Zahradnik
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Leoni AG
Original Assignee
Leoni AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Leoni AG filed Critical Leoni AG
Publication of EP1478551A1 publication Critical patent/EP1478551A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H05K3/10—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
    • H05K3/14—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using spraying techniques to apply the conductive material, e.g. vapour evaporation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/0207—Wire harnesses
    • H—ELECTRICITY
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    • H05K1/119—Details of rigid insulating substrates therefor, e.g. three-dimensional details
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    • H05K2203/00—Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
    • H05K2203/14—Related to the order of processing steps
    • H05K2203/1461—Applying or finishing the circuit pattern after another process, e.g. after filling of vias with conductive paste, after making printed resistors
    • H05K2203/1469—Circuit made after mounting or encapsulation of the components
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    • H05K3/4092—Integral conductive tabs, i.e. conductive parts partly detached from the substrate
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    • H05K3/46—Manufacturing multilayer circuits
    • H05K3/4644—Manufacturing multilayer circuits by building the multilayer layer by layer, i.e. build-up multilayer circuits
    • H05K3/467—Adding a circuit layer by thin film methods

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a conductor track on a carrier component, in particular on a motor vehicle carrier component, and a carrier component produced by the method.
  • the aim is to have the shortest possible replacement period, that is to say the shortest possible time between ordering an end customer and delivering a motor vehicle from the production site.
  • the components delivered to the production site have a high degree of prefabrication.
  • the object of the invention is to enable a flexible and cost-effective method for producing a conductor track on a carrier component.
  • a conductor track is applied directly to a carrier component by means of a beam-bound thermal-kinetic application or spraying method.
  • a particle beam is guided relative to the carrier component.
  • a conductor track is in particular a conductor track of a cable set of an on-board network in the motor vehicle sector.
  • the carrier component is, for example, a molded component or part of a molded component, wherein the molded component can be any motor vehicle component that is provided for laying a cable set or for arranging electrical components.
  • the molded component is, for example, a door, a door module, a semi-finished product (sheet metal) or the fitting area.
  • the carrier component can be made of any material, for example metal or plastic.
  • the method is not limited to the automotive sector, but is generally suitable for generating a conductor track on components from a wide variety of technical fields.
  • the method is also particularly suitable for producing a conductor track in electrical household appliances and in electrical toys.
  • Radiation-bound thermal-kinetic application methods are generally understood to mean application methods in which a particle stream, namely the material to be applied, in particular copper particles, is directed onto the carrier component with kinetic energy and after the supply of heat as a particle beam. Such a method is also generally referred to as thermal spraying, as it is listed in DIN 32530. A single conductor track is generated directly with the particle beam. There is therefore no need for a mask that has the desired circuit pattern reproduces and is swept over a large area by the particle stream. Apertures, electromagnetic fields or so-called encased flows can be provided for the most targeted application possible, that is, for focusing the particle beam.
  • thermal is to be understood to mean that the particles of the particle stream in particular soften, melt or melt, or that they are at least heated to such an extent that they cause a thermal change in the surface of the carrier component.
  • the thermal change can be a reduction in the surface hardness, softening or melting of the surface.
  • kinetic is to be understood to mean that the momentum of the particles is sufficiently high that, when they hit the surface, they are at least partially pressed into this surface, which may have previously been softened.
  • This method advantageously enables the conductor track to be produced directly, that is to say directly by spraying on conductive material, without the need for pretreatment or the use of chemical agents.
  • the desired conductor pattern can be flexibly produced on the carrier component, depending on the desired requirement, on any desired and shaped carrier components. It is not necessary to lay individual cables or cable strands manually. Rather, a high degree of automation can be achieved. Instead of bending the individual cables, the generation of the respective conductor track takes place with the targeted guided particle beam.
  • the entire vehicle electrical system of a motor vehicle can be designed quickly, flexibly and inexpensively by the method, so that a cable-free electrical system can be obtained. Due to the direct integration on the carrier component without protruding parts, the applied conductor track is also well protected against mechanical damage, for example due to a marten bite.
  • a major advantage in the formation of the conductor track structure with the help of the thermal-kinetic application process is the high flexibility, since any conductor track structures can also be produced on complex molded components with the spraying process. No pretreatment of the carrier component or the use of masks or covers is required for this. In addition, the conductor track be generated quickly.
  • the spraying process also has the advantage that a selective and, in particular, chemical-free treatment of the carrier component is possible.
  • the beam is preferably directed through apertures, electromagnetic rays or through jacketed currents.
  • several tool or spray heads are operated simultaneously in a grid arrangement. As a result, the individual conductor tracks are generated simultaneously.
  • the conductor track material to be applied in particular copper, is at least partially melted during the spraying process. Due to the heat input, the surface of the carrier component preferably melts at least partially, so that the germ layer and the interconnect material bond intimately and preferably integrally.
  • the layer thickness of the conductor track can be set appropriately thick by a suitable choice of the spraying parameters or by repeated painting over with a view to a sufficiently high electrical conductivity. Flame spraying enables the conductor track to be applied very quickly and economically with comparatively little technical effort.
  • cold gas spraying is also suitable.
  • This process is also known as beam plating.
  • particles with very high kinetic energy impact the carrier component.
  • the particles are partially accelerated to the speed of sound or above.
  • the diameter of the particles for example copper particles, is for example in the range between 10 and 100 ⁇ m.
  • cold gas spraying bulk application is possible at a high rate. Due to the high kinetic energy, comparatively low temperatures are sufficient, so that the temperature load on the carrier component and the spray material, that is to say the particles, is low. Overall, a high spray rate and a high application efficiency are possible and thick layers can be applied.
  • the particles are usually carried along by a carrier gas, which is preferably an inert gas such as nitrogen. As a result, the risk of undesired oxidation of the particles is kept low, so that the conductor track produced has good conductivity.
  • non-conductive impurities in particular silicon, are expediently mixed with the particle beam.
  • These impurities which are preferably in the range of 0.01-1.6% by weight, have a favorable influence on the conductivity of the conductor tracks produced without changing the mechanical properties.
  • the conductor track is preferably non-adhesively connected in a partial section to the carrier component.
  • a large number of such sections are provided, the conductor track spanning the individual sections.
  • the arrangement of sections without or with very little liability is used to compensate for tolerances. In this way, for example, different expansions between the carrier component and the conductor track caused by temperature can be compensated for without the conductor track being subjected to excessive mechanical stresses.
  • the surface of the carrier component is pretreated in such a way that the conductor track only sticks in the desired sections.
  • the pattern of the adhesive areas can be periodic and have, for example, a hatching character.
  • the conductor track is preferably applied at least partially on a compensating layer which is floatingly connected to the carrier component, that is to say only loosely connected.
  • the floating bearing of the compensation layer with the conductor track attached to it serves to compensate for tolerances when shear or shear stresses occur in the support component or also in a transition area between two support components. Due to the floating mounting of the compensation layer on the carrier component, any voltages that may occur are not or only to a small extent transferred to the conductor track, so that it is only slightly loaded and remains undamaged.
  • the compensating layer is formed, for example, by a suitable rubber lacquer which separates from the carrier component after crosslinking. Adjacent to the compensation layer, the conductor track is attached to a layer firmly connected to the carrier component, for example an epoxy resin layer, or else directly on the carrier component.
  • the material structure of the conductor track already applied is changed.
  • the conductor track is thermally treated, in particular with a laser, or also pressure-treated.
  • a further coating is expediently applied to the applied conductor track.
  • This is used either in combination or in combination to increase the conductivity or as a protective layer against corrosion and / or as an insulating protective layer.
  • a PU material or rubber is applied to the conductor track as a corrosion protection layer.
  • the conductor track itself can also consist of a corrosion-resistant material, for example a tin-bronze alloy. This then has the advantage that the conductor track can be contacted directly at any position.
  • the carrier component is treated, for example, with a liquid or with compressed air in a rinsing process.
  • mechanical cleaning processes such as brushes or laser treatment are also available.
  • the adhesion of the conductor track is increased by a suitable fixing process.
  • the conductor track or several conductor tracks are applied in such a way that an electrical functional component is generated.
  • This is for example a capacitor, a coil or a resistor.
  • the conductor tracks are suitably geometrically designed.
  • bankss- the conductor cross-section is varied in order to set a certain resistance.
  • a corresponding capacitor area is predetermined by the conductor track or by a specific partial area of the conductor track, and the conductor track is guided in a suitable manner to produce a coil.
  • the conductor tracks can also be designed as a shield.
  • the functional component is preferably also designed as a safety-relevant sensor. For example, changes in capacitance of a capacitor formed by the conductor tracks in the area of a body outer panel are used as an indication of a deformation and the deployment of an airbag is initiated.
  • a plurality of conductor tracks are arranged in layers one above the other.
  • the conductor tracks have a sufficient distance from each other, especially in critical areas. They are therefore generated in particular in areas with a high tendency to arc, for example in contact areas, with a wide grid dimension and in safe areas with a narrow grid dimension.
  • At least one additional conductor track is arranged, which serves as a sensor, for example, for the occurrence of an elevated temperature and thus an arc.
  • the conductor path arranged between conductor paths with potential differences is part of a switch-off circuit, so that if an arc occurs, the affected persons
  • Conductors can be separated from the power supply.
  • - Contact points are preferably provided in a zigzag or sawtooth arrangement so that the creepage distance between the contact points is as large as possible and at the same time the grid of the contact points (connection grid) is kept as small as possible.
  • the conductor track is not completely connected to the carrier component, but rather can be separated or lifted off from it in a separate area. This is preferably achieved in that a separating element or a separating layer is applied under the conductor track.
  • an extension is applied to the carrier component, onto which the conductor track extends, so that a type of cable tail is formed.
  • This cable tail is used, for example, to route the cable set from the door area to the rest of the body of the motor vehicle.
  • connection conductor For simple electrical contacting of a connecting conductor, it is preferably placed with one conductor end on the area of the conductor track structure and is connected to it in an electrically conductive manner by the subsequent application of the conductor track. A direct material connection is created between the connection conductor and the conductor track, since the connection conductor is “coated” with the conductor track. A subsequent soldering process is not necessary. If the heat from the particle beam is sufficient, the end of the connection conductor does not need to be stripped Rather, insulation is destroyed when the conductor track is applied.
  • the conductor ends of the connection conductors are suitably shaped for the largest possible connection and contact areas.
  • the ends of the ladder are appropriately touched or busied.
  • the conductor ends are preferably provided with recesses or holes, for example by punching out.
  • a molded connector part is applied to the carrier component, which is then at least partially covered or coated with a portion of the conductor track.
  • the molded plug part is designed as an insert made of metal or plastic, which for example has the contour of a plug pin or a socket. This contour is covered with the conductor track. In order to make contact with the conductor track, it is then only necessary to apply a correspondingly designed mating connector to this contact plug.
  • plug systems can be realized in this way, in which the shape, orientation and pitch of the individual contact plugs can be chosen almost arbitrarily by appropriate design of the plug molding.
  • connections and codings that are reliable and / or self-locking.
  • the direct contacting of the conductor track when it is applied also offers itself when contacting component or circuit carriers with one another or for contacting connections to electrical devices such as motors, loudspeakers and the like.
  • the conductor track is contacted with the circuit carrier, for example a circuit board, or a circuit carrier assembly.
  • a contact element for example a contact pin
  • the contact pin is either continuously conductive or has insulated areas and can also be designed in the manner of a socket. Instead of the contact pin, a contact socket or contact plates can be used, which are pressed against each other.
  • contacting with the contact pin can also be achieved by pressing against the conductor track generated or by forming an insulation displacement contact or other contacts.
  • an electrical component is contacted by the conductor track generated with the beam-bound application method.
  • the component is arranged, for example, on a printed circuit board. This measure can replace the soldering or conductive adhesive processes commonly used today for contacting components.
  • the conductor track structure of a circuit carrier is preferably generated at least partially using the beam-bound application method.
  • This provides an alternative to conventional printed circuit board manufacturing for assembling printed circuit boards.
  • an existing circuit board can be modified in a simple manner. This modification can be in addition to further conductor tracks or in a deposition of conductive material on an existing conductor track to increase its conductivity.
  • a contact element is guided through the component and that the conductor track is contacted with the contact element on both sides.
  • the conductor track is expediently in direct contact with the contact element directly during application. Since the component often separates a wet from a dry area, the contact element is expediently guided sealingly through the component.
  • the contact element is designed, for example, as a metal rivet and pressed into a non-conductive component in a sealing manner.
  • the contact element is preferably surrounded by an insulation layer or, for example, a rubber grommet.
  • the conductor track is first applied to the carrier component and then converted to the desired final shape of the molded component by a forming process, for example by deep drawing.
  • the carrier component is therefore preferably designed as a semifinished product, which is either completely planar or already pre-contoured.
  • the conductor track in the forming area of the carrier component is dimensioned such that the conductor track has the desired electrical properties after the forming.
  • the conductor track is applied with a greater thickness in the forming area than in the rest of the area. This prevents cracking of the conductor track during forming, for example during deep drawing, and ensures sufficient conductor track thickness in the final shape.
  • the layer thickness is appropriately designed. In the automotive field, layer thicknesses of typically between 20 ⁇ m and 1 mm are applied.
  • the conductor track is applied to the surface of a strand-like molded component, such as an electrical cable, a hose or a pipe.
  • a strand-like molded component such as an electrical cable, a hose or a pipe.
  • This offers many design options for customary strand-like molded components, and these molded components can be provided with an additional function.
  • the coating is preferably applied through a plurality of spray nozzles arranged next to one another.
  • a plurality of discrete conductor tracks which are run parallel to one another.
  • These can also be arranged on the inner surface of a hose or pipe.
  • the conductor track is applied to the inner surface, for example, during the extrusion process of a plastic hose with a suitable spray nozzle.
  • the arrangement of conductor tracks on the inner surface of a pipe is useful, for example, for empty pipes for domestic installation technology, so that an electrical connection is also created via the conductor track of the empty pipe.
  • the grid dimension of the seed layers for several conductor tracks is chosen closely in order to choose a large ratio of the area of the conductor tracks to the area covered during the spraying process.
  • the conductor tracks are designed to be wide and low.
  • the conductor tracks are preferably combined in corridors, the width of which essentially corresponds to the width of the jet during the spraying process, or the width of the jet is adapted to the width of the corridor.
  • the particle beam is bundled by an enveloping beam. This measure also serves for sound insulation
  • nozzles or spray heads are used for the spraying process, these are arranged in a suitable manner and in particular can be switched on and off individually.
  • Excess material, in particular copper powder is removed by a cleaning process and sent for reprocessing.
  • the environment during the spraying process for example a coating jet or a transport jet, is formed by an inert gas such as nitrogen.
  • the object is further achieved by a carrier component to which a conductor track is applied using the method described and is integrally connected to the carrier component.
  • a carrier component to which a conductor track is applied using the method described and is integrally connected to the carrier component.
  • the advantages and preferred configurations listed with regard to the method can also be applied analogously to the carrier component.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of the application method for applying a conductor track to a carrier component
  • FIG. 2 shows a greatly simplified illustration of a multi-layer structure of a molded component in the manner of an exploded illustration
  • FIG. 3 shows a molded component with integrated conductor tracks in a multi-layer structure
  • FIG. 4A shows a top view 4B is a sectional view through the molded component according to FIG. 4A according to the section line 4B-4B
  • FIG. 4B shows a sectional component with a number of integrated conductor tracks and with two integrated contact plugs
  • Fig. 5 is an enlarged view of a contact area of a connecting conductor
  • FIG. 6A is a sectional sectional view through a molded component with an integrated conductor track before a forming process
  • FIG. 66BB shows the molded component according to FIG. 9A after a forming process
  • Fig. 7 is a greatly simplified representation of a motor vehicle door as a molded component
  • FIG. 8 shows a schematic illustration of a plurality of tool heads of a spraying method operated in parallel
  • circuit carrier assembly consisting of two circuit carriers which are contacted with one another via contact pins
  • Fig. 12 is a schematic diagram for the application of discrete conductor tracks on the outer jacket of a molded component designed as a tube.
  • the carrier component 4 has a surface layer 5 which, depending on the material of the carrier component 4, is either directly the surface of the carrier component 4 or was applied as an independent surface layer in an extra process step.
  • the surface layer 5 is an insulating lacquer layer.
  • the conductor track 10 is applied directly to the surface of the carrier component 4. Immediate here means that no preparatory measures are necessary and that the conductor track 10 is produced directly by flame spraying.
  • the material to be applied in particular copper, is heated in a nozzle 98 of a spray head and at least partially melted or melted on.
  • the copper is fed to the spray head in particular as a powder, the grain size of which can cover a wide range of approximately 5 ⁇ m down to the mm range.
  • the speed of the particles is in the range of m / s and can reach the speed of sound - especially with cold gas spraying.
  • the particles are sprayed onto the carrier component 4 as a particle beam 82 carried by an inert carrier gas.
  • An aperture 98A is provided for focusing the particle beam 82.
  • the particle beam 82 therefore creates a single conductor track, the width of which is determined by the degree of focusing.
  • the spray head is displaced relative to the carrier component 4, high travel speeds in the range of a few m / s (for example approximately 2-10 m / s) and above being achievable. Both the kinetics and the heat of the particles cause the sprayed-on particles to interact with the surface layer 5 such that the particles remain securely adhering to the surface.
  • Flame spraying has the essential advantage that it enables a very fast and, in particular, automatable application of a complex conductor track structure on the carrier component 4.
  • the surface can be pretreated, for example, by applying heat, so that the surface layer 5 is somewhat softened and the particles applied by flame spraying remain better adherent. Overall, this method can be used to replace time-consuming manual laying of individual cables in a vehicle electrical system.
  • the carrier component 4 can have almost any configuration.
  • FIG. 2 shows a merely square section from a molded component 2A with a multilayer structure.
  • this molded component 2A it is provided that insulating layers 6 and conductive planes 8 follow one another in alternating sequence, two insulating layers 6A.6B having a discrete conductor pattern with conductor paths 10 being provided, the conductor paths 10 being applied by flame spraying.
  • the conductive levels 8 can also be formed with the flame spraying.
  • the multilayer structure is completed at the top by a protective layer 12.
  • the conductive levels 8 are formed over a large area and without a preferred direction.
  • the carrier component 4 has a separating area 14, in which the level above does not adhere.
  • this separation area 14 a partial lifting of the multilayer structure applied to the carrier component 4 is possible.
  • a portion 16 of the multilayer structure is therefore loose and not firmly connected to the carrier component 4.
  • This loose section 16 is by a shown upward bent corner of the individual layers applied to the support member 4.
  • the loose section 16 is particularly suitable, for example, for contacting a plug, since the section 16 can be easily inserted into the plug.
  • a separating layer for example, is applied to the separating area 14 to produce the loose partial area 16. Their properties are chosen so that the level 6 above cannot adhere.
  • a separating part is placed loosely on the separating area, the subsequent layer adhering to the separating part.
  • regions can also be provided when producing the conductor track 10, in which the conductor track 10 is not adhesively connected to the carrier component 4.
  • these non-adhesive sub-sections are bridged by the conductor track 10 and serve to compensate for tolerances in the case of mechanical stresses, for example due to different coefficients of thermal expansion between the conductor track 10 and the carrier component 4.
  • the molded component 2B according to FIG. 3 has a multi-layer structure in which discrete conductor tracks 10 are arranged in layers on top of one another.
  • the multi-layer structure creates a three-dimensional conductor pattern.
  • Various of the individual conductor tracks 10 can be connected to one another by cross connections 30 in order to also implement complex wiring patterns.
  • This multilayer structure is surrounded overall by a protective layer 12. This is preferably used both for insulation and for corrosion protection purposes. This is preferably a layer made of PU material.
  • FIG. 4A and 4B show the design of a contact plug 56, with which the conductor tracks 10 integrated on the molded component 2 can be contacted via a plug connection, for example with a conventional cable.
  • a connector molded part 52 is first applied to the carrier component 4, for example by means of an adhesive layer 50.
  • the conductor tracks 10 are then produced, which are pulled over the carrier component 4 and over the plug-shaped part 52.
  • a multi-layer structure can be provided.
  • the molded connector part 52 is U-shaped in cross section in the exemplary embodiment and has two elongated webs 54, the length of which extends over several of the conductor tracks 10, as can be seen from FIG. 4A.
  • connection conductor 58 A particularly simple way of contacting a connecting conductor 58 is shown in FIG. 5.
  • the connection conductor 58 is simply placed on the carrier component 4 and then it is covered by the conductor track 10.
  • the conductor ends 62 are preferably suitably shaped in order to provide the largest possible contact area.
  • the conductor ends 62 are provided, for example, with recesses, windows or are chamfered or have a special profile, such as a dovetail profile.
  • the molded components 2 In the automotive field, the molded components 2 often have a complex geometry with a surface that is difficult to access for a coating process. According to an embodiment explained with reference to FIGS. 6A and 6B, the conductor track 10, an entire conductor track pattern or even a complete layer structure is therefore applied to a preferably flat, planar support component 4. As an alternative to this, the carrier component 4 can also already be preformed. The molded component 2C is then converted into the desired final shape by a shaping process, as is illustrated schematically in FIG. 6B. When the conductor track 10 is applied to the initially flat carrier component 4, the conductor track 10 is dimensioned in a forming region 64 such that it has the desired electrical properties after the forming. According to the exemplary embodiment according to FIGS.
  • the thickness in the forming area 64 is dimensioned such that a homogeneous and constant thickness of the conductor track 10 is achieved after the forming, as is illustrated in FIG. 6B.
  • FIG. 7 shows the application of a motor vehicle door 66 as a molded component 2D.
  • a cable set 68 is integrally connected to this door 66.
  • the cable set 68 comprises a number of individual conductor tracks 10, via which individual electrical components 70 are connected. These electrical components are, for example, a motor for an electrical window regulator, a loudspeaker or a device for central locking.
  • a control unit 72 is also arranged. The individual components 70 are controlled by the control unit 72.
  • the individual conductor tracks 10 of the cable set 68 are connected, for example, directly to a body panel of the door 66 provided with an insulation layer.
  • the cable set 68 can also be integrated in a so-called door module 74, which as such is connected to the door 66.
  • Such a door module 74 represents a molded component and is shown in broken lines in FIG.
  • One of the conductor tracks 10 shown has a tapered intermediate section 76 in which the cross-sectional area of the conductor track 10 is reduced.
  • This intermediate section 76 thereby forms an electrical functional component in the sense of a resistor.
  • Such functional components can be implemented in a simple manner due to the manufacturing process.
  • the desired resistance can be set precisely by varying the width of the conductor track.
  • the conductor tracks 10 can also be designed as antennas, capacitors or coils.
  • a cable tail 78 is provided which protrudes beyond the molded component 2D.
  • an extension 80 shown in dotted lines, is placed on the molded component 2D and the conductor tracks 10 are then applied to it, so that the conductor tracks 10 extend from the molded part 2D onto the extension 80.
  • FIG. 2 represents a further alternative to the formation of a loose partial area 16.
  • the conductor track 10 is mechanically fixed and is connected to the carrier component 4 with a very low installation height. Due to the low installation height, it is possible to also pass the conductor track 10 around the edges of a sheet under a seal. This is of interest, for example, in the case of a so-called door module carrier on which several electrical components such as window regulators, loudspeakers, etc. are integrated.
  • the conductor track 10 can namely be guided around an edge under a seal which seals an outer wet area from an inner dry area. This eliminates the need to provide complex cable glands from the wet to the dry area.
  • the mechanically fixed connection to the carrier component 4 also ensures a certain level of theft protection, since, for example, it is not possible to short-circuit two loose conductors.
  • the conductor track 10 can be additionally covered by an in particular conductive and grounded barrier layer with the interposition of an insulation layer.
  • a plurality of tool heads 97 are arranged next to one another in a grid for the simultaneous generation of a plurality of conductor tracks 10 and are displaced in the feed direction 100.
  • An aperture 98A is assigned to each of the tool heads for focusing the respective particle beam 82.
  • the tool heads 97 are operated simultaneously, each of which can be switched on or off individually.
  • the arrangement in a grid means that several conductor tracks 10 and complex conductor track structures can be generated very quickly.
  • two circuit carriers 102 forming a circuit carrier assembly are shown in an exploded view, on which components 99 connected via a conductor track structure 103 are arranged.
  • the two circuit carriers 102 are plated through via contact pins 104, that is to say electrically connected to one another.
  • the circuit carriers 102 are, for example, printed circuit boards or generally printed Conductor pattern formed.
  • the contact pins 104 are used to contact the circuit carriers 102 with a conductor track 10 (not shown in FIG. 13), ie the conductor track 10 is guided to the contact pins 104. In particular, the contact is formed directly when the conductor track is generated. This results in a direct material connection between the conductor track 10 and the contact pins 104. Contacts to electrical components, such as motors or loudspeakers, can also be produced in the same way.
  • the components 99 can advantageously also be contacted quickly and easily by flame spraying.
  • the conductor track 10 generated by the flame spraying is drawn over corresponding contact feet of the components.
  • the complete interconnect structure 103 can also be produced by flame spraying on the circuit carrier 102.
  • a component 110 In the motor vehicle area, it is often necessary to conduct an electrical line from a wet area 106 to a dry area 108 through a component 110 (FIG. 10).
  • the component 110 is, for example, a door panel or a door lining.
  • the passage of the line through the component 110 must be sealed against moisture.
  • rubber grommets are provided for this purpose, through the cavity of which individual wire lines are guided.
  • FIG. 10 shows two alternative configurations of a contact element 112A.B.
  • the contact element 112A shown in the lower half of the figure is designed as a solid rivet which is passed directly through the component 110.
  • the contact element 112B to the component 110 is sealed once more, for example with an insulating or rubber sleeve 114.
  • the contact element 112B is passed through the rubber sleeve 114.
  • the rubber sleeve 114 is required in particular when the component 110 itself is conductive, so that the contact element 112B must be insulated from the component 110.
  • Conductor tracks 10 are contacted directly on both sides of the contact elements 112A.B, so that there is an electrical connection from the wet area 106 into the dry area 108.
  • a conductor track 10 is guided over the joint area of two adjoining molded components 2F.
  • the conductor track 10 is applied to a compensating layer 116, which is only floatingly supported on the two molded components 2E, that is to say it lies only loosely thereon.
  • the conductor track 10 is firmly connected to the respective molded components 2E. If a shear stress in the transverse direction 118 occurs between the two molded components 2E, for example due to mechanical or thermal stresses, this shear stress is absorbed by the, in particular, flexible compensation layer 116 and is not transmitted to the conductor track 10.
  • the compensating layer 116 is, in particular, a rubber lacquer which has been detached from the carrier components 4 of the respective molded components 2E by appropriate subsequent treatment, in particular crosslinking.
  • the conductor track 10 can also be applied to strand-shaped, non-planar molded components 2F. 16, a hose 120 is provided as a carrier component for the application of the conductor track 10. A total of three conductor tracks 10 are applied to the outside of the hose 120 by a spraying process. For this purpose, nozzles 98 are arranged around the hose 120 at 120 ° intervals, from which the particle jet 82 emerges.
  • the hose is, for example, the outer sheath of a conventional cable, in particular a foamed cable.

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Abstract

Bei dem Verfahren zum Erzeugen einer Leiterbahn (10) wird diese auf einem Träger­bauteil (4) durch ein strahlgebundenes thermisch-kinetisches Auftragsverfahren direkt aufgetragen, ohne dass das Trägerbauteil (4) vorbehandelt werden muss. Dadurch ist ein sehr flexibles und kostengünstiges Herstellen eines Formbauteils (2A-2F) mit einem integriertem Leiterbahnmuster möglich. Insbesondere im Kraftfahrzeug-Bereich können spezielle Kundenwünsche zeitnah und problemlos durch ein geändertes Leiterbahnlay­out verwirklicht werden.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Erzeugen einer Leiterbahn auf einem Trägerbauteil sowie Trägerbauteil
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer Leiterbahn auf einem Trägerbauteil, insbesondere auf einem Kraftfahrzeug -Trägerbauteil, sowie ein nach dem Verfahren hergestelltes Trägerbauteil.
Im Kraftfahrzeug-Bereich, insbesondere im Pkw-Bereich, wird eine möglichst kurze Wiederbeschaffungsdauer, also eine möglichst kurze Zeitspanne zwischen der Bestellung eines Endkunden und der Auslieferung eines Kraftfahrzeugs vom Produktionsort, angestrebt. Hierzu ist es notwendig, dass die zum Produktionsort zugelieferten Komponenten einen hohen Vorfertigungsgrad aufweisen. Auf Seiten der Zulieferer bedeutet dies, dass innerhalb kürzester Zeit unterschiedlich konfigurierte Bauteile mit einer hohen Integrationsdichte, also mit unterschiedlichen Funktionen, hergestellt werden müssen.
Im Bordnetz-Bereich für die Kraftfahrzeug-Elektrik werden heute üblicherweise mehrere elektrische Leiter zu einem vorgefertigten Kabelsatz zusammengefügt.
Aus der WO 99/61282 ist zu entnehmen, einen Kabelsatz unmittelbar in ein Türmodul zu integrieren, so dass die'in der Tür angeordneten elektrischen Komponenten nur noch durch ein Anstecken mit dem restlichen Bordnetz verbunden werden müssen. Da- mit ist eine aufwändige Installation des Kabelsatzes im Türbereich beim Einbau der Tür an die Karosserie vermieden. Zur Verlegung des Kabelsatzes im Türmodul weist dieses eingearbeitete Nuten auf, in denen die einzelnen Leiter des Kabelsatzes verlegt werden. Dies hat den Nachteil, dass die Nuten vergleichsweise aufwändig in das Türmodul eingearbeitet werden müssen, und dass Änderungen am Verlauf des Kabelsatzes auch Änderungen an den Nuten erfordern. Wegen der großen Modellvielfalt im Kraftfahrzeug-Bereich im Hinblick auf die elektrischen Ausstattungsvarianten führt dies dazu, dass auf besondere Kundenwünsche nur wenig flexibel reagiert werden kann bzw. dass ein großer Aufwand zur Realisierung derartiger Kundenwünsche notwendig ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein flexibles und kostengünstiges Verfahren zur Erzeugung einer Leiterbahn auf einem Trägerbauteil zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Danach ist vorgesehen, auf ein Trägerbauteil eine Leiterbahn direkt durch ein strahlgebundenes thermisch-kinetisches Auftrags- oder Spritzverfahren aufzubringen. Hierbei wird ein Teilchenstrahl relativ zum Trägerbauteil geführt.
Leiterbahn im vorliegenden Sinne ist dabei insbesondere eine Leiterbahn eines Kabelsatzes eines Bordnetzes im Kraftfahrzeug-Bereich. Das Trägerbauteil ist beispielsweise ein Formbauteil oder ein Teil eines Formbauteils, wobei das Formbauteil eine beliebige Kraftfahrzeug-Komponente sein kann, die zur Verlegung eines Kabelsatzes oder zur Anordnung von elektrischen Komponenten vorgesehen ist. Das Formbauteil ist beispielsweise eine Tür, ein Türmodul, ein Halbzeug (Blech) oder auch der Armaturenbereich. Das Trägerbauteil kann aus beliebigem Material, beispielsweise Metall oder Kunststoff sein.
Das Verfahren ist nicht auf den Kfz-Bereich beschränkt, sondern allgemein für das Erzeugen einer Leiterbahn auf Bauteilen aus den verschiedensten technischen Gebieten geeignet. Neben der Anwendung für ein Bordnetz bietet sich das Verfahren insbesondere auch zur Erzeugung einer Leiterbahn bei elektrischen Haushaltsgeräten und bei elektrischen Spielzeugen an.
Unter strahlgebundenen thermisch-kinetischen Auftragsverfahren werden allgemein derartige Auftragsverfahren verstanden, bei denen ein Teilchenstrom, nämlich das aufzubringende Material, insbesondere Kupferpartikel, mit kinetischer Energie und nach Wärmezufuhr als Teilchenstrahl auf das Trägerbauteil gerichtet wird. Ein derartiges Verfahren wird allgemein auch als thermisches Spritzen bezeichnet, wie es in der DIN 32530 aufgeführt ist. Mit dem Teilchenstrahl wird jeweils eine einzelne Leiterbahn direkt erzeugt. Es ist daher keine Maske erforderlich, die das gewünschte Schaltungsmuster wiedergibt und großflächig vom Teilchenstrom überstrichen wird. Für ein möglichst zielgerichtetes Aufbringen, also zur Fokussierung des Teilchenstrahls, können Blenden, elektromagnetische Felder oder so genannte ummantelte Strömungen vorgesehen sein. Der Begriff thermisch ist dabei dahingehend zu verstehen, dass die Teilchen des Teilchenstroms insbesondere erweichen, anschmelzen oder schmelzen, oder dass sie zumindest so weit erwärmt werden, dass sie eine thermische Veränderung der Oberfläche des Trägerbauteils hervorrufen. Die thermische Veränderung kann in einer Reduzierung der Oberflächenhärte, einem Erweichen oder einem Anschmelzen der Oberfläche bestehen. Der Begriff kinetisch ist dahingehend zu verstehen, dass der Impuls der Teilchen ausreichend hoch ist, so dass sie beim Auftreffen auf die Oberfläche in diese - gegebenfalls zuvor erweichte Oberfläche - zumindest teilweise eingepresst werden.
Dieses Verfahren ermöglicht in vorteilhafter Weise, die Leiterbahn direkt, also unmittelbar durch das Aufspritzen von leitfähigem Material zu erzeugen, ohne dass eine Vor- behandlung oder der Einsatz von chemischen Mitteln notwendig ist.
Durch dieses neuartige Verfahren lässt sich auf beliebig ausgebildeten und beliebig geformten Trägerbauteilen flexibel je nach der gewünschten Anforderung das gewünschte Leiterbahnmuster unmittelbar auf dem Trägerbauteil erzeugen. Ein manuel- les Verlegen von einzelnen Kabeln oder Kabelsträngen ist nicht erforderlich. Vielmehr kann ein hoher Automatisierungsgrad erreicht werden. An die Stelle des Veriegens der einzelnen Kabel tritt die Erzeugung der jeweiligen Leiterbahn mit dem zielgerichtet geführten Teilchenstrahl. Durch das Verfahren kann prinzipiell das gesamte Bordnetz eines Kraftfahrzeugs schnell, flexibel und kostengünstig ausgebildet werden, so dass ein kabelfreies Bordnetz erhalten werden kann. Durch die unmittelbare Integration auf dem Trägerbauteil ohne abstehende Teile ist die aufgebrachte Leiterbahn zudem gut vor mechanischen Beschädigungen, beispielsweise durch Marderbiss, geschützt.
Ein wesentlicher Vorteil in der Ausbildung der Leiterbahnstruktur mit Hilfe des ther- misch-kinetischen Auftragsverfahrens besteht in der hohen Flexibilität, da mit dem Spritzprozess beliebige Leiterbahnstrukturen auch auf komplexen Formbauteilen erzeugt werden können. Hierzu ist keine Vorbehandlung des Trägerbauteils oder die Verwendung von Masken oder Abdeckungen erforderlich. Zudem kann die Leiterbahn- struktur zügig erzeugt werden. Weiterhin hat der Spritzprozess den Vorteil, dass eine selektive und insbesondere chemiefreie Behandlung des Trägerbauteils möglich ist. Für die selektive Behandlung wird der Strahl vorzugsweise durch Blenden, elektromagnetische Strahlen oder durch ummantelte Strömungen zielgerichtet geführt. Für ein mög- liehst schnelles Erzeugen einer komplexen Leiterbahnstruktur werden vorzugsweise mehrere Werkzeug- oder Spritzköpfe gleichzeitig nebeneinander in einer Rasteranordnung betrieben. Dadurch werden die einzelnen Leiterbahnen gleichzeitig erzeugt.
Als Auftragsverfahren eignet sich insbesondere das so genannte Flammspritzen. Bei diesem Spritzverfahren wird das aufzubringende Leiterbahnmaterial, insbesondere Kupfer, während des Spritzprozesses zumindest teilweise aufgeschmolzen. Aufgrund des Wärmeeintrags schmilzt die Oberfläche des Trägerbauteils vorzugsweise zumindest teilweise an, so dass sich die Keimschicht und das Leiterbahnmaterial innig und vorzugsweise stoffschlüssig verbinden. Die Schichtdicke der Leiterbahn kann durch geeignete Wahl der Spritzparameter oder auch durch mehrmaliges Überstreichen im Hinblick auf eine ausreichend hohe elektrische Leitfähigkeit entsprechend dick eingestellt werden. Mit dem Flammspritzen ist ein sehr schnelles und wirtschaftliches Auftragen der Leiterbahn mit vergleichsweise geringem technischen Aufwand möglich.
Neben dem Flammspritzen eignet sich auch das so genannte Kaltgasspritzen. Dieses Verfahren ist auch unter dem Begriff Strahlplattieren bekannt. Bei dem Verfahren prallen Teilchen mit sehr hoher kinetischer Energie auf das Trägerbauteil auf. Die Teilchen werden dabei teilweise bis auf Schallgeschwindigkeit oder darüber beschleunigt. Der Durchmesser der Teilchen, beispielsweise Kupferpartikel, liegt beispielsweise im Be- reich zwischen 10 und 100 μm. Mit dem Kaltgasspritzen ist ein Masseauftrag mit einer hohen Rate möglich. Aufgrund der hohen kinetischen Energie sind vergleichsweise niedrige Temperaturen ausreichend, so dass die Temperaturbelastung des Trägerbauteils sowie des Spritzwerkstoffs, also der Teilchen, gering ist. Insgesamt ist eine hohe Spritzrate und ein hoher Auftragungswirkungsgrad möglich und dicke Schichten aufbringbar. Bei dem Auftragsverfahren werden die Teilchen üblicherweise von einem Trägergas mitgetragen, welches bevorzugt ein Inertgas wie Stickstoff ist. Hierdurch ist die Gefahr einer unerwünschten Oxidation der Teilchen gering gehalten, so dass die erzeugte Leiterbahn eine gute Leitfähigkeit aufweist.
Zweckdienlicherweise werden dem Teilchenstrahl neben leitfähigen Teilchen zusätzlich nicht leitfähige Verunreinigungen, insbesondere Silizium, beigemischt. Durch diese Verunreinigungen, die bevorzugt im Bereich 0,01 - 1 ,6 Gew% liegen, wird ohne Veränderung der mechanischen Eigenschaften die Leitfähigkeit der erzeugten Leiterbahnen günstig beeinflusst.
Bevorzugt ist die Leiterbahn in einem Teilabschnitt mit dem Trägerbauteil nicht haftend verbunden. Dabei sind insbesondere eine Vielzahl derartiger Teilabschnitte vorgesehen, wobei die Leiterbahn die einzelnen Teilabschnitte überbrückt. Die Anordnung von Teilabschnitten ohne oder mit nur sehr geringer Haftung dient zum Toleranzausgleich. Dadurch können beispielsweise durch Temperatur bedingte unterschiedliche Ausdehnungen zwischen dem Trägerbauteil und der Leiterbahn kompensiert werden, ohne dass die Leiterbahn zu starken mechanischen Spannungen ausgesezt ist. Für die Erzeugung dieser Teilbereiche wird beispielsweise die Oberfläche des Trägerbauteils derart vorbehandelt, dass nur in gewünschten Abschnitten die Leiterbahn haften bleibt. Das Muster der Haftbereiche kann dabei periodisch sein und beispielsweise Schraf- furcharakter haben.
Vorzugsweise wird die Leiterbahn zumindest teilweise auf einer Ausgleichsschicht auf- gebracht, die mit dem Trägerbauteil schwimmend - also nur lose verbunden ist. Die schwimmende Lagerung der Ausgleichsschicht mit der darauf angebrachten Leiterbahn dient zum Toleranzausgleich bei Auftreten von Schub- oder Scherspannungen im Trägerbauteil oder auch in einem Übergangsbereich zwischen zwei Trägerbauteilen. Durch die schwimmende Lagerung der Ausgleichsschicht auf dem Trägerbauteil werden eventuell auftretende Spannungen nicht oder in einem nur geringen Maße auf die Leiterbahn übertragen, so dass diese nur gering belastet ist und unbeschädigt bleibt. Die Ausgleichsschicht ist beispielsweise gebildet durch einen geeigneten Kautschuklack, der sich nach dem Vernetzen vom Trägerbauteil ablöst. Angrenzend an die Ausgleichs- schicht ist die Leiterbahn auf eine fest mit dem Trägerbauteil verbunden Schicht, beispielsweise eine Epoxidharzschicht, oder auch unmittelbar auf dem Trägerbauteil angebracht.
Zur Verbesserung der Leitfähigkeit ist gemäß einer vorteilhaften Variante vorgesehen, die Materialstruktur der bereits aufgebrachten Leiterbahn zu verändern. Hierzu wird die Leiterbahn beispielsweise thermisch, insbesondere mit dem Laser, oder auch druckbehandelt.
Zweckdienlicherweise wird auf die aufgebrachte Leiterbahn eine weitere Beschichtung aufgetragen. Diese dient wahlweise oder in Kombination zur Erhöhung der Leitfähigkeit oder als Schutzschicht gegen Korrosion und/oder als Isolationsschutzschicht. Als Korrosionsschutzschicht wird beispielsweise ein PU-Material oder auch Kautschuk auf die Leiterbahn aufgebracht. Die Leiterbahn selbst kann aber bereits auch selber aus einem korrosionsbeständigen Material, beispielsweise einer Zinn-Bronze-Legierung bestehen. Dies hat dann den Vorteil, dass die Leiterbahn unmittelbar an beliebigen Positionen kontaktierbar ist.
Zweckdienlicherweise wird insbesondere nach dem Aufbringen des leitfähigen Materi- als überschüssig aufgebrachtes Material und/oder Verunreinigungen durch einen Rei- nigungsprozess entfernt. Hierzu wird das Trägerbauteil beispielsweise mit einer Flüssigkeit oder auch mit Druckluft in einem Spülprozess behandelt. Altemativ hierzu bieten sich mechanische Reinigungsverfahren wie Bürsten oder auch eine Laserbehandlung an.
Um eine sichere und dauerhafte Verbindung der Leiterbahn mit dem Trägerbauteil zu erreichen, wird die Haftung der Leiterbahn durch einen geeigneten Fixierprozess erhöht.
Um eine möglichst hohe Funktionsdichte zu erzielen, wird die Leiterbahn oder werden mehrere Leiterbahnen derart aufgebracht, dass ein elektrisches Funktionsbauteil erzeugt wird. Dies ist beispielsweise ein Kondensator, eine Spule oder auch ein Widerstand. Hierzu werden die Leiterbahnen geeignet geometrisch ausgebildet. Beispiels- weise wird zur Einstellung eines bestimmten Widerstands der Leiterbahnquerschnitt variiert. Zur Ausbildung eines Kondensators mit einer geeigneten Kapazität wird eine entsprechende Kondensatorfläche durch die Leiterbahn oder durch einen bestimmten Teilbereich der Leiterbahn vorgegeben, und zur Erzeugung einer Spule wird die Leiterbahn geeignet geführt. Die Leiterbahnen können alternativ auch als Abschirmung ausgebildet sein. Das Funktionsbauteil ist bevorzugt weiterhin als ein sicherheitsrelevanter Sensor ausgebildet. Beispielsweise werden Kapazitätsänderungen eines durch die Leiterbahnen gebildeten Kondensators im Bereich eines Karosserie-Außenblechs als Indiz für eine Verformung herangezogen und es wird die Auslösung eines Airbags initiiert.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung werden mehrere Leiterbahnen in Schichten übereinander angeordnet. Hierdurch wird einerseits der Platzbedarf in der Fläche gering gehalten und gleichzeitig lassen sich elektrische Funktionsbauteile, wie beispielsweise Kondensatoren verwirklichen.
Bei komplexen Leiterbahnmustern ist dabei darauf zu achten, dass insbesondere durch eine geeignete Führung der Leiterbahnen, also durch geometrische Maßnahmen, die Gefahr von Lichtbögen vermieden wird. Die Gefahr des Auftretens von Lichtbögen ist insbesondere bei so genannten 42 V-Bord netzen im Kraftfahrzeugbereich gegeben. Hierbei sind bevorzugt insbesondere folgende Maßnahmen vorgesehen:
- Die Leiterbahnen weisen speziell in kritischen Bereichen einen genügenden Abstand zueinander auf. Sie werden also insbesondere in Bereichen mit hoher Lichtbogenneigung, beispielsweise in Kontaktbereichen, mit einem weiten Rastermaß und in ungefährdeten Bereichen mit einem engen Rastermaß erzeugt.
- Zwischen Leiterbahnen mit Potentialunterschieden wird zumindest eine zusätzliche Leiterbahn angeordnet, die als Sensor beispielsweise für das Auftreten einer erhöhten Temperatur und damit eines Lichtbogens dient.
- Die zwischen Leiterbahnen mit Potentialunterschieden angeordnete Leiterbahn ist Teil eines Abschaltkreises, so dass bei Auftreten eines Lichtbogens die betroffenen
Leiterbahnen von der Spannungsversorgung getrennt werden können.
- Bei einem dreidimensionalen Multilayeraufbau, bei dem mehrere Leiterbahnen übereinander angeordnet werden, wird nicht nur flächig sondern auch räumlich ein geeignetes Rastermaß für die Leiterbahnen vorgesehen. Dies geschieht insbesondere durch eine gegeneinander versetzte Anordnung der Leiterbahnen, so dass die Leiterbahn der oberen Ebene über einem Isolationsstreifen zwischen zwei Leiterbahnen der darunter liegenden Ebene angeordnet ist. - Kontaktstellen werden vorzugsweise in Zickzack- oder Sägezahnanordnung vorgesehen, so dass die Kriechstrecke zwischen den Kontaktstellen möglichst groß und gleichzeitig das Raster der Kontaktstellen (Anschlussraster) möglichst klein gehalten wird.
Um eine einfache Verbindung der Leiterbahn des Formbauteils mit dem übrigen Bordnetz, beispielsweise über eine Steckverbindung zu ermöglichen, ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung vorgesehen, dass die Leiterbahn nicht vollständig mit dem Trägerbauteil verbunden ist, sondern in einem Terennbereich von diesem abtrennbar oder abhebbar ist. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass unter der Leiterbahn ein Trennelement oder eine Trennschicht aufgebracht ist. Um die teilweise Abtrennbarkeit zu ermöglichen ist weiterhin bevorzugt vorgesehen, unterschiedliche Oberflächenmate- rialien nebeneinander im Leiterbahnbereich anzuordnen, wobei eines der Oberflächenmaterialien sich - beispielsweise nach geeigneter Behandlung - vom Trägerbauteil abnehmen lässt. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird vor dem Aufbringen der Leiterbahn an das Trägerbauteil eine Verlängerung angelegt, auf die sich die Leiterbahn erstreckt, so dass eine Art Kabelschwanz ausgebildet wird. Dieser Kabelschwanz dient beispielsweise zur Durchführung des Kabelsatzes aus dem Türbereich zur übrigen Karosserie des Kraftfahrzeugs.
Für eine einfache elektrische Kontaktierung eines Anschlussleiters wird vorzugsweise dieser mit einem Leiterende auf den Bereich der Leiterbahnstruktur gelegt und durch das anschließende Aufbringen der Leiterbahn mit dieser elektrisch leitend verbunden. Dabei wird zwischen dem Anschlussleiter und der Leiterbahn eine unmittelbare stoffliche Verbindung geschaffen, da der Anschlussleiter mit der Leiterbahn „beschichtet" wird. Ein nachfolgender Lötvorgang ist nicht notwendig. Bei einem ausreichenden Wärmeeintrag durch den Teilchenstrahl braucht das Ende des Anschlussleiters nicht abisoliert zu sein. Die Isolation wird vielmehr beim Aufbringen der Leiterbahn zerstört. Für eine sichere Kontaktierung werden dabei die Leiterenden der Anschlussleiter für möglichst große Verbindungs- und Kontaktflächen geeignet geformt. Dies erfolgt beispielsweise durch Abschrägen, durch Ausbilden einer Schalbenschwanz- einer Dreiecks- oder einer Zickzackform. Die Leiterenden sind dabei zweckdienlicherweise an- gefasst oder geschäftet. Alternativ oder zusätzlich werden die Leiterenden bevorzugt mit Ausnehmungen oder Löchern, z.B. durch Ausstanzen, versehen. Generell besteht die Möglichkeit, mit dem Auftragsverfahren für die Leiterbahnen zwei herkömmliche Leiter miteinander zu kontaktieren, deren Leiterenden hierzu vorzugsweise geeignet geformt sind.
Zur Erzeugung eines Kontaktsteckers ist vorzugsweise vorgesehen, dass auf das Trägerbauteil ein Steckerformteil aufgebracht wird, das anschließend zumindest teilweise mit einem Teilstück der Leiterbahn überzogen oder beschichtet wird. Das Steckerformteil ist als ein Einlegeteil aus Metall oder Kunststoff ausgestaltet, welches bei- spielsweise die Kontur eines Steckerstifts oder einer Steckerbuchse aufweist. Diese Kontur ist mit der Leiterbahn überzogen. Zur Kontaktierung der Leiterbahn braucht dann nur noch ein entsprechend ausgestalteter Gegenstecker auf diesen Kontaktstek- ker aufgebracht werden.
Allgemein lassen sich auf diese Weise Stecksysteme verwirklichen, bei denen die Form, Orientierung und das Rastermaß der einzelnen Kontaktstecker durch entsprechende Gestaltung des Steckerformteils nahezu beliebig gewählt werden können. Dadurch lassen sich insbesondere auch verwechslungssichere und/oder selbstveπie- gelnde Anschlüsse sowie Kodierungen verwirklichen.
Die unmittelbare Kontaktierung der Leiterbahn bei ihrem Auftragen bietet sich auch bei der Kontaktierung von Bauelement- oder Schaltungsträgern untereinander oder zur Kontaktierung von Anschlüssen zu elektrischen Geräten, wie beispielsweise Motoren, Lautsprecher und dergleichen an. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Leiter- bahn mit dem Schaltungsträger, beispielsweise eine Leiterplatte, oder einem Schaltungsträgerverbund kontaktiert wird. Hierzu wird in den Schaltungsträger bzw. in den Schaltungsträgerverbund ein Kontaktelement, beispielsweise ein Kontaktstift eingebracht und die Leiterbahn wird mit diesem Kontaktstift kontaktiert. Beim Schalt- ungsträgerverbund werden die einzelnen Schaltungsträger über den Kontaktstift miteinander kontaktiert. Der Kontaktstift ist dabei entweder durchgehend leitfähig ausgebildet oder weist isolierte Bereiche auf und kann auch nach Art einer Buchse ausgebildet sein. Anstelle des Konaktstifts kann auch eine Kontaktbuchse oder es können Kontaktplatten verwendet werden, die gegeneinander gepresst werden.
Alternativ zur Kontaktierung beim Auftragen der Leiterbahn kann die Kontaktierung mit dem Kontaktstift auch durch ein Anpressen gegen die erzeugte Leiterbahn oder durch Ausbildung eines Schneidklemmkontakts oder sonstiger Kontakte erreicht werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird ein elektrisches Bauelement durch die mit dem strahlgebundenen Auftragsverfahren erzeugte Leiterbahn kontaktiert. Das Bauelement ist dabei beispielsweise auf einer Leiterplatte angeordnet. Durch diese Maßnahme können die heute üblicherweise eingesetzten Löt- oder Leitklebeprozesse zur Kontak- tierung von Bauelementen ersetzt werden.
Vorzugsweise wird mit dem strahlgebundenen Auftragsverfahren die Leiterbahnstruktur eines Schaltungsträgers zumindest teilweise erzeugt. Hierdurch ist eine zur herkömmlichen Leiterplattenfertigung alternative Möglichkeit zur Konfektionierung von Leiterplat- ten gegeben. Mit dem Auftragsverfahren kann beispielsweise in einfacher Weise eine bereits bestehende Leiterplatte modifiziert werden. Diese Modifikation kann in einer Ergänzung mit weiteren Leiterbahnen oder in einer Abscheidung von leitfähigem Material auf einer bereits bestehenden Leiterbahn zur Erhöhung ihrer Leitfähigkeit liegen.
Im Kraftfahrzeugbereich besteht oftmals die Notwendigkeit, eine elektrische Leitung durch ein Bauteil, beispielsweise ein Türblech, hindurchzuführen, um die Leitung von der Tür in den Fahrgastinnenraum oder in den Motorraum zu einer Steuereinheit zu führen. Für eine einfache Durchführung der Leiterbahnen ist zweckdienlicherweise vorgesehen, dass durch das Bauteil ein Kontaktelement geführt ist und dass die Leiter- bahn beidseitig mit dem Kontaktelement kontaktiert wird. Die Leiterbahn wird dabei zweckdienlicherweise wiederum unmittelbar beim Auftragen stoffschlüssig mit dem Kontaktelement kontaktiert. Da das Bauteil oftmals einen Nass- von einem Trockenbereich trennt, wird das Kontaktelement in zweckdienlicher Weise dichtend durch das Bauteil geführt. Das Kontaktelement wird hierzu beispielsweise als Metallniet ausgeführt und in ein nicht leitendes Bauteil dichtend eingepresst. Durch diese Maßnahme entfällt die Notwendigkeit der Anordnung einer Tülle, wie sie herkömmlich bei Leitungsdurchführungen durch derartige Bauteile vorgesehen sind. Ist das Bauteil leitfähig und insbesondere metallisch, so ist das Kontaktelement vorzugsweise mit einer Isolationsschicht oder beispielsweise einer Gummitülle umgeben.
Um auch bei Formteilen mit komplexer Geometrie ein einfaches Aufbringen der Leiterbahn zu ermöglichen, ist in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen, zunächst die Leiterbahn auf das Trägerbauteil aufzubringen und dieses anschließend durch einen Umformprozess, beispielsweise durch Tiefziehen, in die gewünschte Endform des Formbauteils überzuführen. Das Trägerbauteil ist also vorzugsweise als ein Halbzeug ausgebildet, welches entweder vollständig planar oder bereits vorkonturiert ausgebildet ist. Durch das Aufbringen der Leiterbahn vor einem Umformprozess kann das beschriebene Verfahren in einfacher Weise beispielsweise auch im Kotflügelbereich oder in anderen Bereichen mit engen Radien angewandt werden.
Zweckdienlicherweise wird dabei die Leiterbahn im Umformbereich des Trägerbauteils derart dimensioniert, dass die Leiterbahn nach dem Umformen die gewünschten elektrischen Eigenschaften aufweist. Beispielsweise wird die Leiterbahn im Umformbereich mit einer größeren Dicke als im restlichen Bereich aufgebracht. Damit wird beim Umformen, beispielsweise beim Tiefziehen, ein Reißen der Leiterbahn verhindert und eine ausreichende Leiterbahnstärke bei der Endform gewährieistet. Je nach Anwendungsfall wird die Schichtdicke zweckdienlich ausgelegt. Im Kraftfahrzeug-Bereich werden Schichtdicken typischerweise zwischen 20μm und 1 mm aufgetragen.
In einer zweckdienlichen Ausgestaltung wird die Leiterbahn auf der Oberfläche eines strangartigen Formbauteils, wie beispielsweise ein elektrisches Kabel, ein Schlauch oder ein Rohr aufgebracht. Dadurch bieten sich viele Gestaltungsmöglichkeiten für üblich strangartige Formbauteile an, und diese Formbauteile können mit einer zusätzlichen Funktion versehen werden. Beispielsweise wird die Außenoberfläche eines elek- trischen Kabels, insbesondere ein umschäumtes Kabel vollständig mit der Leiterbahn beschichtet, so dass durch die Leiterbahn eine Abschirmung gegeben ist. Hierbei wird die Beschichtung vorzugsweise durch mehrere nebeneinander angeordnete Spritzdüsen aufgetragen.
Alternativ hierzu ist vorzugsweise die Ausbildung von mehreren parallel nebeneinander geführten diskreten Leiterbahnen vorgesehen. Diese können auch an der Innenoberfläche eines Schlauchs oder eines Rohres angeordnet werden. Hierzu wird beispielsweise beim Extrusionsvorgang eines Kunststoffschlauches mit einer geeigneten Spritzdüse die Leiterbahn auf der Innenoberfläche aufgetragen. Die Anordnung von Leiterbahnen auf der Innenoberfläche eines Rohres bietet sich beispielsweise bei Leerrohren für die Hausinstallationstechnik an, so dass über die Leiterbahn des Leerrohrs zugleich auch eine elektrische Verbindung geschaffen ist.
Für ein wirtschaftliches und kostengünstiges Herstellen des Formbauteils mit der integrierten Leiterbahn ist es allgemein von Vorteil, den Materialbedarf möglichst gering zu halten. Dies wird insbesondere durch folgende Maßnahmen erreicht:
- Das Rastermaß der Keimschichten für mehrere Leiterbahnen wird eng gewählt, um das Verhältnis der Fläche der Leiterbahnen zu der beim Spritzvorgang überstriche- nen Fläche groß zu wählen.
- Die Leiterbahnen werden breit und niedrig ausgestaltet.
- Die Leiterbahnen werden vorzugsweise in Korridoren zusammengefasst, deren Breite im Wesentlichen der Breite des Strahls beim Spritzprozess entspricht, bzw. die Breite des Strahls wird an die Breite des Korridors angepasst. Hierzu wird bei- spielsweise zum Zweck der Fokussierung der Teilchenstrahl durch einen Umhüllungsstrahl gebündelt. Diese Maßnahme dient zugleich zur Schalldämmung
- Sofern für den Spritzvorgang mehrere Düsen oder Spritzköpfe eingesetzt werden, sind diese in geeigneter Weise angeordnet und insbesondere einzeln zu- und abschaltbar. - Überschüssig aufgebrachtes Material, insbesondere Kupferpulver, wird durch einen Reinigungsprozess entfernt und zur Wiederverwertung einer Aufbereitung zugeführt. - Um den unerwünschten Oxidanteil im Kupfer gering zu halten, wird die Umgebung beim Spritzprozess, beispielsweise ein Umhüllungsstrahl oder ein Transportstrahl, durch ein inertes Gas wie Stickstoff gebildet.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Trägerbauteil, auf das eine Leiterbahn, mit dem beschriebenen Verfahren aufgebracht und mit dem Trägerbauteil integral verbunden ist. Die im Hinblick auf das Verfahren aufgeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf das Trägerbauteil zu übertragen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils in schematischen Darstellungen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Auftragsverfahrens zum Aufbringen einer Leiterbahn auf ein Trägerbauteil, Fig. 2 eine stark vereinfachte Darstellung eines Mehrschichtaufbaus eines Formbauteils nach Art einer Explosionsdarstellung, Fig. 3 ein Formbauteil mit integrierten Leiterbahnen in einem Mehrschichtaufbau, Fig. 4A eine Aufsicht auf ein Formbauteil mit einer Anzahl von integrierten Leiterbahnen und mit zwei integrierten Kontaktsteckern, Fig. 4B eine Schnittansicht durch das Formbauteil nach Fig. 4A gemäß der Schnittlinie 4B-4B,
Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung eines Kontaktbereichs eines Anschlussleiters
Fig. 6A eine ausschnittsweise Schnittdarstellung durch ein Formbauteil mit integrierter Leiterbahn vor einem Umformprozess, FFiigg.. 66BB das Formbauteil nach Fig. 9A nach einem Umformprozess,
Fig. 7 eine stark vereinfachte Darstellung einer Kraftfahrzeug-Tür als Formbauteil
Fig. 8 eine schematische Darstellung mehrerer parallel betriebener Werkzeugköpfe eines Spritzverfahrens,
Fig. 9 einen aus zwei Schaltungsträgern bestehender Schaltungsträgerverbund, die über Kontaktstifte miteinander kontaktiert sind,
Fig. 10 ein Bauteil mit durchgeführten Kontaktelementen, die beidseitig von Leiterbahnen kontaktiert sind, Fig. 11 zwei aneinander angrenzende Formbauteile mit einer Ausgleichsschicht, die den Stoßbereich der beiden Formbauteile überdeckt, und
Fig. 12 eine Prinzipdarstellung zur Aufbringung von diskreten Leiterbahnen auf den Außenmantel eines als Schlauch ausgebildeten Formbauteils.
In den Figuren sind gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Anhand der Figur 1 wird das Prinzip der unmittelbaren Erzeugung einer Leiterbahn 10 auf einem Trägerbauteil 4 durch das Flammspritzen eriäutert. Das Trägerbauteil 4 weist eine Oberflächenschicht 5 auf, die je nach dem Material des Trägerbauteils 4 entweder unmittelbar die Oberfläche des Trägerbauteils 4 ist oder in einem extra Verfahrensschritt als eigenständige Oberflächenschicht aufgebracht wurde. Beispielsweise ist die Oberflächenschicht 5 eine isolierende Lackschicht.
Auf die Oberfläche des Trägerbauteils 4 wird die Leiterbahn 10 unmittelbar aufgetragen. Unmittelbar bedeutet hierbei, dass keine vorbereiteneden Maßnahmen erforderiich sind, und dass mit dem Flammspritzen direkt die Leiterbahn 10 erzeugt wird. Dabei wird in einer Düse 98 eines Spritzkopfes das aufzutragende Material, insbesondere Kupfer, erhitzt und zumindest teilweise an- oder aufgeschmolzen. Das Kupfer wird dem Spritz- köpf dabei insbesondere als Pulver zugeführt, dessen Korngröße einen weiten Bereich von etwa 5μm bis in den mm-Bereich überstreichen kann. Die Geschwindigkeit der Teilchen liegt im Bereich von m/s und kann - insbesondere beim Kaltgasspritzen - Schallgeschwindigkeit erreichen. Die Teilchen werden dabei als ein von einem inerten Trägergas getragener Teilchenstrahl 82 auf das Trägerbauteil 4 aufgespritzt. Zur Fo- kussierung des Teilchenstrahls 82 ist eine Blende 98A vorgesehen. Mit dem Teilchenstrahl 82 wird daher eine einzelne Leiterbahn erzeugt, deren Breite durch den Grad der Fokussierung bestimmt wird. Zur Erzeugung der Leiterbahn 10 wird der Spritzkopf relativ zum Trägerbauteil 4 verschoben, wobei hohe Verfahrgeschwindigkeiten im Bereich von einigen m/s (z.B. etwa 2-10 m/s) und darüber erreichbar sind. Sowohl durch die Kinetik als auch durch die Wärme der Teilchen erfolgt eine Wechselwirkung der aufge- spritzen Teilchen mit der Oberflächenschicht 5 dahingehend, dass die Teilchen sicher haftend auf der Oberfläche verbleiben. Das Flammspritzen hat den wesentlichen Vorteil, dass mit ihm ein sehr schnelles und insbesondere automatisierbares Auftragen einer komplexen Leiterbahnstruktur auf dem Trägerbauteil 4 ermöglicht ist. Überraschenderweise sind für eine sichere und dauerhafte Haftung der Leiterbahn 10 auf dem Trägerbauteil 4 keine vorbereitenden Maß- nahmen erforderlich. Bei Bedarf kann jedoch die Oberfläche beispielsweise durch Wärmeeintrag vorbehandelt werden, so dass die Oberflächenschicht 5 etwas erweicht wird und die über das Flammspritzen aufgebrachten Teilchen besser haften bleiben. Insgesamt kann durch dieses Verfahren ein aufwändiges manuelles Verlegen von einzelnen Kabeln bei einem Kraftfahrzeug-Bordnetz ersetzt werden. Zudem kann das Trägerbauteil 4 nahezu beliebige Ausgestaltungen aufweisen.
In Figur 2 ist ein lediglich quadratischer Ausschnitt aus einem Formbauteil 2A mit einem Mehrschichtaufbau dargestellt. Bei diesem Formbauteil 2A ist vorgesehen, dass auf das Trägerbauteil 4 in alternierender Reihenfolge Isolationsschichten 6 und leitfähige Ebenen 8 aufeinanderfolgen, wobei zwei Isolationsschichten 6A.6B mit einem diskreten Leiterbahnmuster mit Leiterbahnen 10 vorgesehen sind, die Leiterbahnen 10 sind mit dem Flammspritzen aufgebracht. Prinzipiell können mit dem Flammspritzen auch die leitfähigen Ebenen 8 ausgebildet werden. Der Mehrschichtaufbau wird oben durch eine Schutzschicht 12 abgeschlossen.
Die leitfähigen Ebenen 8 sind großflächig und ohne Vorzugsrichtung ausgebildet. Die leitfähigen Ebenen 8 stellen beispielsweise flächendeckend eine Energieversorgung bereit, indem sie auf unterschiedlichen Potentialen liegen, wobei die Potentiale an beliebigen Positionen der Ebenen abgegriffen werden können.
Nach Figur 2 weist das Trägerbauteil 4 einen Trennbereich 14 auf, in dem die darüber- liegende Ebene nicht haftet. In diesem Trennbereich 14 ist ein teilweises Abheben des auf das Trägerbauteil 4 aufgebrachten mehrschichtigen Aufbaus möglich. Ein Teilbereich 16 des mehrschichtigen Aufbaus ist also lose und nicht fest mit dem Trägerbauteil 4 verbunden. Dieser lose Teilbereich 16 ist durch eine nach oben abgebogene Ecke der einzelnen auf das Trägerbauteil 4 aufgebrachten Schichten dargestellt. Der lose Teilbereich 16 eignet sich in besonderer Weise beispielsweise zur Kontaktierung mit einem Stecker, da sich der Teilbereich 16 einfach in den Stecker einführen lässt. Zur Erzeugung des losen Teilbereichs 16 ist auf dem Trennbereich 14 beispielsweise eine Trennschicht aufgebracht. Deren Eigenschaften sind so gewählt, dass die darüberiiegende Ebene 6 nicht haften kann. Alternativ zur Trennschicht wird auf den Trennbereich ein Trennteil lose aufgelegt, wobei die nachfolgende Schicht auf dem Trennteil haftet. In gleicher Weise können auch beim Erzeugen der Leiterbahn 10 Bereiche vorgesehen sein, in denen die Leiterbahn 10 nicht mit dem Trägerbauteil 4 haftend verbunden ist. Diese nichthaftenden Teilbabschnitte werden in diesem Fall von der Leiterbahn 10 überbrückt und dienen zum Toleranzausgleich bei mechanischen Spannungen beispielsweise aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Leiterbahn 10 und Trägerbauteil 4.
Das Formbauteil 2B gemäß Figur 3 weist einen Mehrschichtaufbau auf, bei dem diskrete Leiterbahnen 10 mehrschichtig übereinander angeordnet sind. Durch den Mehrschichtaufbau wird ein dreidimensionales Leiterbahnmuster erzeugt. Dabei können verschiedene der einzelnen Leiterbahnen 10 durch Querverbindungen 30 miteinander verbunden werden, um auch komplexe Verdrahtungsmuster zu realisieren. Dieser mehr- schichtige Aufbau ist insgesamt umgeben von einer Schutzschicht 12. Diese dient vorzugsweise sowohl zu Isolations- als auch zu Korrosionsschutzzwecken. Vorzugsweise ist dies eine Schicht aus PU-Material.
Anhand der Figuren 4A und 4B ist die Ausbildung eines Kontaktsteckers 56 dargestellt, mit dem sich die am Formbauteil 2 integrierten Leiterbahnen 10 über eine Steckverbindung beispielsweise mit einem herkömmlichen Kabel kontaktieren lassen. Wie insbesondere der Figur 4B zu entnehmen ist, wird zunächst auf dem Trägerbauteil 4 beispielsweise mittels einer Klebschicht 50 ein Steckerformteil 52 aufgebracht. Anschließend werden die Leiterbahnen 10 erzeugt, die über das Trägerbauteil 4 sowie über das Steckerformteil 52 gezogen werden. Dabei kann ein Mehrschichtaufbau vorgesehen sein. Das Steckerformteil 52 ist im Ausführungsbeispiel im Querschnitt gesehen U- förmig ausgebildet und weist zwei langgestreckte Stege 54 auf, deren Länge sich über mehrere der Leiterbahnen 10 erstreckt, wie aus Figur 4A zu entnehmen ist. Durch das Überziehen des Steckerformteils 52 mit den Leiterbahnen 10 wird am Ort dieses Stek- kerformteils 52 der Kontaktstecker 56 ausgebildet. An den erhabenen Positionen dieses Kontaktsteckers 56 lassen sich in einfacher Weise mit Hilfe eines komplementär zum Kontaktstecker 56 ausgebildeten Anschlusssteckers Anschlussleitungen an die einzelnen Leiterbahnen 10 anschließen. Zugleich besteht die Möglichkeit, einen derartigen Anschlussstecker als einen Funktionsstecker auszuführen, welcher über die reine Kontaktierungsfunktion weitere Funktionen übernimmt. So kann ein derartiger Funktionsstecker beispielsweise bestimmte Leiterbahnen 10 des Leiterbahnmusters miteinander verknüpfen, um im Kraftfahrzeug bestimmte elektrische Funktionen freizuschalten oder zu blockieren.
Eine besonders einfache Kontaktierungsmöglichkeit für einen Anschlussleiter 58 ist in Figur 5 dargestellt. Zur Kontaktierung des Anschlussleiters 58 wird dieser einfach auf das Trägerbauteil 4 aufgelegt und anschließend wird er von der Leiterbahn 10 überzo- gen. Dadurch erfolgt eine unmittelbare stoffliche Verbindung der Leiterbahn 10 mit Leiterenden 62 des Anschlussleiters. Um eine sichere Kontaktierung zu gewährleisten werden die Leiterenden 62 bevorzugt geeignet geformt, um eine möglichst große Kontaktfläche bereitzustellen. Hierzu sind die Leiterenden 62 beispielsweise mit Ausnehmungen, Fenstern versehen oder sind angefast oder weisen ein besonderes Profil, wie beispielsweise ein Schwalbenschwanzprofil auf.
Im Kraftfahrzeug-Bereich weisen die Formbauteile 2 oftmals eine komplexe Geometrie mit einer für einen Beschichtungsprozess nur schwer zugänglichen Oberfläche auf. Gemäß einer anhand der Figuren 6A und 6B erläuterten Ausgestaltung wird daher auf ein vorzugsweise ebenes, planes Trägerbauteil 4 die Leiterbahn 10, ein gesamtes Leiterbahnmuster oder auch ein kompletter Schichtaufbau aufgebracht. Das Trägerbauteil 4 kann alternativ hierzu auch bereits vorgeformt sein. Das Formbauteil 2C wird anschließend durch einen Umformvorgang in die gewünschte Endform überführt, wie dies in Figur 6B schematisch illustriert ist. Beim Aufbringen der Leiterbahn 10 auf das zu- nächst plane Trägerbauteil 4 wird die Leiterbahn 10 in einem Umformbereich 64 derart dimensioniert, dass sie nach dem Umformen die gewünschten elektrischen Eigenschaften aufweist. Nach dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 6A und 6B wird dies dadurch erreicht, dass die Leiterbahn 10 vor dem Umformen im Umformbereich 64 dicker ausgeführt ist als in den benachbarten Bereichen. Die Dicke im Umformbereich 64 ist dabei derart bemessen, dass eine homogene und gleichbleibende Dicke der Leiterbahn 10 nach dem Umformen erreicht ist, wie dies in Figur 6B veranschaulicht ist.
In Figur 7 ist der Anwendungsfall einer Kraftfahrzeug-Tür 66 als Formbauteil 2D dargestellt. Mit dieser Tür 66 ist ein Kabelsatz 68 integral verbunden. Der Kabelsatz 68 um- fasst eine Anzahl von einzelnen Leiterbahnen 10, über die einzelne elektrische Komponenten 70 angeschlossen sind. Diese elektrischen Komponenten sind beispielsweise ein Motor für einen elektrischen Fensterheber, ein Lautsprecher oder eine Vorrichtung für eine Zentralverriegelung. Weiterhin ist ein Steuergerät 72 angeordnet. Vom Steuergerät 72 werden die einzelnen Komponenten 70 angesteuert. Die einzelnen Leiterbahnen 10 des Kabelsatzes 68 sind beispielsweise unmittelbar mit einem mit einer Isolationsschicht versehenen Karosserieblech der Türe 66 verbunden. Alternativ hierzu kann der Kabelsatz 68 auch in einem sogenannten Türmodul 74 integriert sein, welches als solches mit der Tür 66 verbunden ist. Ein derartiges Türmodul 74 stellt ein Formbauteil dar und ist in Figur 10 gestrichelt dargestellt.
Eine der dargestellten Leiterbahnen 10 weist einen verjüngten Zwischenabschnitt 76 auf, in dem die Querschnittsfläche der Leiterbahn 10 verringert ist. Dieser Zwischenabschnitt 76 bildet dadurch ein elektrisches Funktionsbauteil im Sinne eines Widerstands. Derartige Funktionsbauteile lassen sich aufgrund des Herstellungsverfahrens in einfacher Weise verwirklichen. Wie gezeigt kann beispielsweise durch Variation der Leiterbahnbreite der gewünschte Widerstand genau eingestellt werden. Daneben können die Leiterbahnen 10 auch als Antennen, Kondensatoren, oder Spulen ausgebildet sein.
Für einen einfachen Anschluss des Kabelsatzes 68 an das übrige Bordnetz im Kraftfahrzeug ist ein Kabelschwanz 78 vorgesehen, der über das Formbauteil 2D übersteht. Beim Herstellen dieses Kabelschwanzes 78 wird an das Formbauteil 2D eine punktiert dargestellte Verlängerung 80 angelegt und auf diese anschließend die Leiterbahnen 10 aufgebracht, so dass die Leiterbahnen 10 sich vom Formteil 2D auf die Verlängerung 80 erstrecken. Der Kabelschwanz 78 stellt neben der Variante mit dem Trennbe- reich 14 (Figur 2) eine weitere Alternative zur Ausbildung eines losen Teilbereichs 16 dar.
Durch die unmittelbare Integration der Leiterbahn 10 auf der Oberfläche des Träger- bauteils 4 ist die Leiterbahn 10 mechanisch fest und mit einer sehr geringen Aufbauhöhe mit dem Trägerbauteil 4 verbunden. Durch die geringe Aufbauhöhe ist es möglich, die Leiterbahn 10 auch um Kanten eines Blechs unterhalb einer Dichtung hindurchzuführen. Dies ist beispielsweise bei einem so genannten Türmodulträger von Interesse, auf dem mehrere elektrische Komponenten wie Fensterheber, Lautsprecher usw. inte- griert sind. Die Leiterbahn 10 kann hierbei nämlich um eine Kante unter einer Dichtung, die einen äußeren Nassbereich von einem inneren Trockenbereich abdichtet, geführt werden. Damit entfällt die Notwendigkeit, aufwändig abzudichtende Kabeldurchführungen vom Nass- in den Trockenbereich vorzusehen.
Durch die mechanisch feste Verbindung mit dem Trägerbauteil 4 ist weiterhin auch eine gewisse Diebstahlsicherung gewährleistet, da beispielsweise das Kurzschließen zweier loser Leiter nicht möglich ist. Zur zusätzlichen Absicherung kann die Leiterbahn 10 unter Zwischenschaltung einer Isolationsschicht zusätzlich durch eine insbesondere leitfähige und geerdete Sperrschicht überzogen sein.
Nach Figur 8 sind für das gleichzeitige Erzeugen mehrerer Leiterbahnen 10 mehrere Werkzeugköpfe 97 in einem Raster nebeneinander angeordnet, die in Vorschubrichtung 100 verschoben werden. Jedem der Werkzeugköpfe ist eine Blende 98A zur Fo- kussierung des jeweiligen Teilchenstrahls 82 zugeordnet. Die Werkzeugköpfe 97 wer- den gleichzeitig betrieben, wobei jeder einzeln zu- oder abschaltbar ist. Durch die Anordnung in einem Raster lassen sich sehr schnell mehrere Leiterbahnen 10 und komplexe Leiterbahnstrukturen erzeugen.
Gemäß Fig. 9 sind zwei einen Schaltungsträgerverbund bildende Schaltungsträger 102 in einer Explosionsdarstellung dargestellt, auf denen über eine Leiterbahnstruktur 103 verbundene Bauelemente 99 angeordnet sind. Die beiden Schaltungsträger 102 sind über Kontaktstifte 104 durchkontaktiert, also miteinander elektrisch verbunden. Die Schaltungsträger 102 sind beispielsweise als Leiterplatten oder allgemein als gedruckte Leiterbahnmuster ausgebildet. Zur Kontaktierung der Schaltungsträger 102 mit einer Leiterbahn 10 (in Figur 13 nicht dargestellt) werden die Kontaktstifte 104 herangezogen, d.h. die Leiterbahn 10 wird an die Kontaktstifte 104 geführt. Insbesondere wird hierbei der Kontakt unmittelbar beim Erzeugen der Leiterbahn ausgebildet. Hierbei er- folgt eine unmittelbare stoffliche Verbindung zwischen der Leiterbahn 10 und den Kontaktstiften 104. In gleicher Art und Weise können auch Kontakte zu elektrischen Bauteilen, wie beispielsweise Motoren oder Lautsprecher, hergestellt werden.
Alternativ zu der herkömmlichen Kontaktierung der Bauelemente 99 auf dem Schal- tungsträger 102 (Leiterplatte), beispielsweise durch Löten, lassen sich die Bauele- menmte 99 in vorteilhafter Weise auch mit dem Flammspritzen schnell und einfach kontaktieren. Hierzu wird die durch das Flammspritzen erzeugte Leiterbahn 10 über entsprechende Kontaktfüße der Bauelemente gezogen. Neben der Kontaktierung der Bauelemente 99 kann zudem auch die komplette Leiterbahnstruktur 103 mit dem Flammspritzen auf dem Schaltungsträger 102 erzeugt werden.
Im Kraftfahrzeugbereich ist oftmals die Durchführung einer elektrischen Leitung von einem Nassbereich 106 zu einem Trockenbereich 108 durch ein Bauteil 110 erforderlich (Figur 10). Das Bauteil 110 ist beispielsweise ein Türblech oder eine Türinnenver- kleidung. Die Durchführung der Leitung durch das Bauteil 110 muss gegenüber Feuchtigkeit dicht sein. Herkömmlich werden hierzu Gummitüllen vorgesehen, durch deren Hohlraum einzelne Drahtleitungen geführt sind. Gemäß Figur 10 ist vorgesehen, dass durch das Bauteil 110 ein Kontaktelement 112A.B dichtend hindurchgeführt ist. In Figur 10 sind dabei zwei alternative Ausgestaltungen eines Kontak- telements 112A.B dargestellt. Das in der unteren Bildhälfte dargestellte Kontaktelement 112A ist als ein Vollniet ausgebildet, der unmittelbar durch das Bauteil 110 hindurchgeführt ist. Demgegenüber ist das Kontaktelement 112B zum Bauteil 110 noch einmal speziell beispielsweise mit einer Isolier- oder Gummihülse 114 abgedichtet. Das Kontaktelement 112B ist dabei durch die Gummihülse 114 hindurchgeführt. Die Gum- mihülse 114 ist insbesondere dann erforderlich, wenn das Bauteil 110 selbst leitfähig ist, so dass das Kontaktelement 112B zum Bauteil 110 hin isoliert sein muss. Beidseitig an den Kontaktelementen 112A.B sind jeweils Leiterbahnen 10 unmittelbar kontaktiert, so dass eine elektrische Verbindung vom Nassbereich 106 in den Trockenbereich 108 gegeben ist.
Nach Figur 11 ist eine Leiterbahn 10 über den Stoßbereich zweier aneinander angren- zender Formbauteile 2F geführt. Im Stoßbereich der beiden Formbauteile 2E ist die Leiterbahn 10 auf einer Ausgleichsschicht 116 aufgebracht, die auf den beiden Formbauteilen 2E jeweils nur schwimmend gelagert ist, also auf diesen nur lose aufliegt. Im Anschluss an die Ausgleichsschicht 116 ist die Leiterbahn 10 fest mit den jeweiligen Formbauteilen 2E verbunden. Tritt zwischen den beiden Formbauteilen 2E eine Schub- Spannung in Querrichtung 118 beispielsweise aufgrund von mechanischen oder thermischen Beanspruchungen auf, so wird diese Schubspannung von der insbesondere flexibel ausgebildeten Ausgleichsschicht 116 aufgenommen und nicht auf die Leiterbahn 10 übertragen. Die Ausgleichsschicht 116 ist insbesondere ein Kautschuklack, der durch entsprechende anschließende Behandlung, insbesondere Vernetzung, von den Trägerbauteilen 4 der jeweiligen Formbauteile 2E abgelöst ist.
Die Leiterbahn 10 kann auch auf strangförmigen nicht-flächigen Formbauteilen 2F aufgetragen sein. Nach Fig. 16 ist als Trägerbauteil für das Aufbringen der Leiterbahn 10 ein Schlauch 120 vorgesehen. Auf der Außenseite des Schlauchs 120 werden insge- samt drei Leiterbahnen 10 durch ein Spritzverfahren aufgetragen. Hierzu sind um den Schlauch 120 herum in 120°-Abständen Düsen 98 angeordnet, aus denen der Teilchenstrahl 82 austritt. Der Schlauch ist beispielsweise der Außenmantel eines herkömmlichen Kabels, insbesondere eines umschäumten Kabels.
Anstelle der diskreten Ausbildung der Leiterbahnen 10 besteht auch die Möglichkeit, mit dem Spritzverfahren einen kontinuierlichen leitfähigen Überzug über den Schlauch 120 auszubilden. Auch besteht die Möglichkeit, eine derartige Leiterbahn 10 an der Innenoberfläche des Schlauchs 120 anzubringen. In diesem Fall wird unmittelbar beim Extrusionsprozess des insbesondere aus Kunststoff ausgebildeten Schlau- ches 120 die Leiterbahn 10 aufgetragen. Dabei ist das Mundstück des Extrusionswerk- zeugs entsprechend ausgebildet und weist insbesondere eine zentral angeordnete Düse auf, die in das Innere des Schlauches hineinreicht. Bezugszeichenliste A-2F Formbauteil 74 Türmodul
Trägerbauteil 76 Zwischenabschnitt
Oberflächenschicht 78 KabelschwanzA Haftbereich 80 Verlängerung.6A.6B Isolationsschicht 82 Teilchenstrahl leitfähige Ebene 0 Leiterbahn 2 Schutzschicht 97 Werkzeugkopf4 Trennbereich 98 Düse 6 Teilbereich 98A Blende0 Querverbindung 99 Bauelement0 Klebschicht 100 Vorschubrichtung2 Steckerformteil 103 Leiterbahnstruktur4 Stege 102 Schaltungsträger6 Kontaktstecker 104 Kontaktstift8 Anschlussleiter 106 Nassbereich0 Kontaktfläche 108 Trockenbereich2 Leiterende 110 Bauteil4 Umformbereich 112A.B Kontaktelement6 Tür 114 Gummihülse8 Kabelsatz 116 Ausgleichsschicht0 elektrische Komponente 118 Querrichtung2 Steuergerät 120 Schlauch

Claims

Ansprüche
Verfahren zum Erzeugen einer Leiterbahn (10) auf einem Trägerbauteil (4) mit einem strahlgebundenen thermisch-kinetischen Auftragsverfahren, bei dem ein Teilchenstrahl (82) relativ zum Trägerbauteil (4) zielgerichtet geführt und die Leiterbahn (10) direkt auf dem Trägerbauteil (4) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem die Leiterbahn (10) mit dem Flammspritzen erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem als ein Trägergas für einen Teilchenstrahl (82) bei dem Auftragsverfahren ein Inertgas verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem dem Teilchenstrahl (82)neben leitfähigen Teilchen zusätzlich nicht leitfähige Verunreinigungen, insbesondere Silizium, beigemischt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Leiterbahn (10) in einem Teilabschnitt mit dem Trägerbauteil (4) nicht haftend verbunden ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Leiterbahn (10) teilweise auf einer Ausgleichsschicht (116) aufgebracht wird, die mit dem Trägerbauteil (4) schwimmend verbunden ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Materialstruktur der aufgebrachten Leiterbahn (10) verändert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die aufgebrachte Leiterbahn (10) mit einer Beschichtung zur Erhöhung der Leitfähigkeit und/oder mit einer Schutzschicht (12) versehen wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Leiterbahn (10) oder mehrere Leiterbahnen (10) derart aufgebracht wird bzw. werden, dass ein elektrisches Funktionsbauteil (76) geschaffen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mehrere zueinander isolierte Leiterbahnen (10) in Schichten übereinander angeordnet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Leiterbahn (10) teilweise vom Trägerbauteil (4) abtrennbar aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem an das Trägerbauteil (4) eine Verlängerung (80) angelegt wird und die Leiterbahn (10) vom Trägerbauteil (4) auf die Verlängerung (80) erstreckend zur Ausbildung eines Kabelschwanzes (78) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zur Kontaktierung eines Anschlussleiters (58) dieser mit einem Leiterende (62) auf das Trägerbauteil (4) gelegt und durch das anschließende Aufbringen der Leiterbahn (10) mit dieser elektrisch leitend verbunden wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem auf das Trägerbauteil (4) ein Steckerformteil (52) aufgebracht wird, das anschließend zumindest teilweise mit einem Teilstück der Leiterbahn (10) überzogen wird, wodurch ein Kontaktstecker (56) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Leiterbahn (10) mit einem Schaltungsträger (104) oder einem Schaltungsträgerverbund kontaktiert wird, indem in den Schaltungsträger (102) bzw. Schaltungsträgerverbund ein Kontaktelement (104) eingebracht wird, und die Leiterbahn (10) mit dem Kontaktelement (104) kontaktiert wird.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein elektrisches Bauelement (99) durch die mit dem strahlgebundenen Auftragsverfahren erzeugte Leiterbahn (10) kontaktiert wird.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Trägerbauteil (4) ein Schaltungsträger (104) ist und die auf dem Schaltungsträger (104) aufgebrachte Leiterbahnstruktur (103) zumindest teilweise mit dem strahlgebundenen Auftragsverfahren erzeugt wurde.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Trägerbauteil (4) nach dem Aufbringen der Leiterbahn (10) durch einen Umformprozess in die gewünschte Endform gebracht wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die Leiterbahn (10) in einem Umformbe- reich (64) des Trägerbauteils (4) derart dimensioniert wird, dass die Leiterbahn (10) nach dem Umformen des Trägerbauteils (4) die gewünschten elektrischen Eigenschaften aufweist.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem auf ein her- kömmliches Bauteil (2F.120), wie ein Schlauch, ein Kabel, ein Rohr, ein Kabelkanal, eine Leiterplatte oder ein umschäumter Kabelsatz die Leiterbahn (10) aufgebracht wird.
21. Trägerbauteil (4), auf das eine Leiterbahn (10) mit dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche unmittelbar aufgebracht ist.
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