EP3034289A1

EP3034289A1 - Verfahren zum Herstellen eines Substrats und Substrat, insbesondere für eine Verpackung

Info

Publication number: EP3034289A1
Application number: EP14198443.5A
Authority: EP
Inventors: Uwe Theis; Jürgen Kollmann
Original assignee: Mayr Melnhof Karton AG
Current assignee: Mayr Melnhof Karton AG
Priority date: 2014-12-17
Filing date: 2014-12-17
Publication date: 2016-06-22
Anticipated expiration: 2034-12-17
Also published as: HRP20171493T1; PL3034289T3; HUE034630T2; EP3034289B1; PT3034289T; ES2642398T3; DK3034289T3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Substrats (60), insbesondere für eine Verpackung (10). Das Verfahren umfasst zumindest die Schritte Bereitstellen eines Basismaterials, Erzeugen wenigstens einer Ausnehmung (190) in dem Basismaterial mittels wenigstens eines Trennverfahrens aus der Gruppe Laserschneiden und Fräsen und zumindest bereichsweises Füllen der wenigstens einen Ausnehmung (190) mit einem elektrisch leitfähigen und/oder magnetischen Material. Die Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechendes Substrat (60) sowie eine Verpackung (10) aus einem solchen Substrat (60).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Substrats mit elektrischen und/oder magnetischen Leiterbahnen, ein entsprechendes Substrat sowie eine Verpackung aus einem solchen Substrat.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, unterschiedliche Basismaterialien aus dem Verpackungsbereich mit elektrischen oder magnetischen Leiterbahnen zu versehen. Beispielsweise ist es aus der DE 633677 A bekannt, ein elektrisch leitfähiges Material durch Schablonierung, Vordruck, Prägung oder Schneideschriftverfahren auf ein Basismaterial aufzubringen. Solche Substrate werden auch als Leiterplatten bezeichnet. Alternativ oder zusätzlich werden magnetische Werkstoffe auf ein Basismaterial aufgebracht, um entsprechende magnetische Leiterbahnen zu erzeugen. Dadurch können beispielsweise Substrate für Verpackungen mit magnetisch verschließbaren Laschen bereitgestellt werden. Das Aufbringen der magnetischen Leiterbahnen auf das Basismaterial erfolgt dabei üblicherweise durch Aufkleben von Permanentmagneten.
Als nachteilig an den bekannten Verfahren ist der Umstand anzusehen, dass diese vergleichsweise aufwändig sind und nur schlecht an unterschiedliche Basismaterialien und unterschiedliche Bahngeometrien anpassbar sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mittels welchem Substrate aus unterschiedlichen Basismaterialien schnell, variabel und kostengünstig mit elektrischen und/oder magnetischen Bahnen versehen werden können. Weitere Aufgaben der Erfindung bestehen darin, ein entsprechendes Substrat mit wenigstens einer elektrischen und/oder magnetischen Bahn sowie eine Verpackung aus einem solchen Substrat zu schaffen.
Die Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, ein Substrat gemäß Anspruch 11 sowie durch eine Verpackung gemäß Anspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens als vorteilhafte Ausgestaltungen des Substrats bzw. der Verpackung und umgekehrt anzusehen sind.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Substrats, insbesondere für eine Verpackung. Das Verfahren umfasst dabei erfindungsgemäß die Schritte Bereitstellen eines Basismaterials, Erzeugen wenigstens einer Ausnehmung in dem Basismaterial mittels wenigstens eines Trennverfahrens aus der Gruppe Laserschneiden und Fräsen und zumindest bereichsweises Füllen der wenigstens einen Ausnehmung mit einem elektrisch leitfähigen und/oder magnetischen Material. Mit anderen Worten ist es im Unterschied zum Stand der Technik vorgesehen, dass durch Laserschneiden und/oder Fräsen, das heißt durch thermisches Trennen mittels eines Lasers und/oder durch spanabhebendes Bearbeiten des bereitgestellten Basismaterials mittels eines Fräswerkzeuges wenigstens eine Ausnehmung in das Basismaterial eingebracht und diese Ausnehmung anschließend zumindest bereichsweise mit einem elektrisch leitfähigen und/oder magnetischen Material befüllt wird, um ein Substrat mit wenigstens einer elektrischen und/oder magnetischen Leiterbahn herzustellen. Auf diese Weise können Basismaterialien aus unterschiedlichsten Werkstoffen schnell, präzise und kostengünstig mit geometrisch nahezu beliebigen elektrischen und/oder magnetischen Leiterbahnen versehen werden. Unter einem elektrisch leitfähigen Material werden im Rahmen der Erfindung insbesondere Materialien verstanden, die bei 25 °C eine Konduktivität von mindestens 0,1 S/m oder mehr besitzen. Unter einem magnetischen Material werden im Rahmen der Erfindung ferro- und ferrimagnetische, das heißt permanentmagnetische Materialien sowie permanentmagnetische Partikel in einem Trägermaterial verstanden. Als Basismaterial werden bevorzugt elektrisch isolierende bzw. nichtpermanentmagnetische Materialien verwendet. Vorzugsweise ist das Basismaterial ausgewählt aus einer Gruppe, die Papier, Karton, Pappe, Holz, Kunststoff, Verbundwerkstoffe, insbesondere GFK, und Laminate, insbesondere laminierten Karton, umfasst. Hierdurch können die Eigenschaften des Substrats optimal an seinen späteren Einsatzzweck angepasst werden. Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Substrat damit zur Herstellung von Verpackungen bzw. von Zuschnitten für Verpackungen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Ausnehmung zumindest bereichsweise nutförmig ausgebildet wird und/oder zumindest bereichsweise durchgehend durch das Basismaterial durchgehend ausgebildet wird, um einen sich zwischen einer Vorderseite und einer Rückseite des Basismaterials erstreckenden Durchtrittskanal auszubilden. Hierdurch können Ausnehmungen hergestellt werden, die wahlweise elektrische bzw. magnetische Kontaktierungen auf derselben Seite des Basismaterials oder elektrische bzw. magnetische Verbindungen auf die andere Seite des Basismaterials ermöglichen. Der oder die Durchtrittskanäle können zudem zum Einstecken eines oder mehrerer elektrischer Elemente verwendet werden, wodurch diese auf dem Substrat positioniert und gegebenenfalls lagegesichert bzw. kontaktiert werden können.
Weitere Vorteile ergeben sich, indem eine Durchkontaktierung zwischen der Vorderseite und der Rückseite des Basismaterials durch Füllen des Durchtrittskanals mit dem elektrisch leitfähigen Material hergestellt wird und/oder dass der Durchtrittskanal mit dem magnetischen Material gefüllt wird. Damit kann das Substrat mit vertikalen elektrischen bzw. magnetischen Verbindungen (vertical interconnect access, VIA) zwischen unterschiedlichen Seiten bzw. Leiterbahnebenen des Basismaterials versehen werden, so dass das Substrat als zweiseitige Leiterplatte oder als Multilayerplatte mit mehreren Lagen ausgebildet werden kann. Der Durchtrittskanal muss dabei grundsätzlich nicht vollständig ausgefüllt werden, solange eine Durchkontaktierung gewährleistet ist. Die Durchkontaktierung kann zudem als Lötauge für bedrahtete Bauelemente (through hole) oder zur Verbesserung der vertikalen Wärmeleitung dienen (thermal vias).
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass neben der Ausnehmung zumindest bereichsweise wenigstens ein Kanal ausgebildet wird. Dieser zusätzliche Kanal dient als eine Art nichtleitende Barriere wodurch beispielsweise Fehlkontaktierungen und Kurzschlüsse besonders zuverlässig vermieden werden. Zudem kann der Kanal seitlich der Ausnehmung eine Art "Überlaufbecken" für überschüssiges oder unpräzise aufgebrachtes elektrisches bzw. magnetisches Material geschaffen werden, wodurch wiederum Fehlkontaktierungen und Kurzschlüsse besonders zuverlässig vermieden werden. Vorzugsweise werden zu beiden Seiten der Ausnehmung Kanäle ausgebildet, um die nichtleitende Barriere auszubilden oder ein "Überlaufen" in beide Richtungen abzufangen. Der Kanal oder die Kanäle werden bevorzugt zumindest bereichsweise parallel zur Ausnehmung verlaufend ausgebildet. Der wenigstens eine Kanal kann grundsätzlich eine geringere Querschnittsfläche als die Ausnehmung aufweisen. Der wenigstens eine Kanal sollte vorzugsweise nur so weit von der Ausnehmung beabstandet sein, dass er seine Funktion als nichtleitende Barriere oder als "Überlaufbecken" in Abhängigkeit der jeweiligen Verfahrensparameter zuverlässig erfüllen kann. Grundsätzlich kann der wenigstens eine Kanal zusammen mit der wenigstens einen Ausnehmung und/oder mit Hilfe desselben trennenden Bearbeitungsverfahrens im Basismaterial erzeugt werden. Grundsätzlich kann aber auch vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Kanal durch ein anderes Bearbeitungsverfahren, beispielsweise durch Stanzen oder Rillen in das Basismaterial eingebracht wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Basismaterial vor und/oder nach dem Erzeugen der wenigstens einen Ausnehmung zumindest bereichsweise mit einem Lack beschichtet. Hierdurch kann eine Schutzschicht hergestellt werden, durch die das Basismaterial lokal vor unerwünschten Beschädigungen oder Beeinträchtigungen während bestimmter Verfahrensschritte geschützt ist. Weiterhin kann die Lack- bzw. Schutzschicht beispielsweise auch als Maske während der Durchführung weiterer Verfahrensschritte fungieren. Vordem Erzeugen der wenigstens einen Ausnehmung wird dabei vorzugsweise ein sogenannter Drip-off Lack auf das Basismaterial aufgebracht, welcher beim späteren Füllen der wenigstens einen Ausnehmung dafür sorgt, dass das elektrische bzw. magnetische Material außerhalb der anschließend erzeugten Ausnehmung an den beschichteten Oberflächenbereichen des Basismaterials "abperlt" (drip off = abtropfen), also nicht haftet. Damit kann überschüssiges bzw. außerhalb der wenigstens einen Ausnehmung aufgetragenes Material besonders einfach vom Substrat entfernt werden. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass nach dem Erzeugen der wenigstens einen Ausnehmung bzw. nach dem Füllen der wenigstens einen Ausnehmung ein Lack auf das Basismaterial aufgebracht wird. Als Lack kann hierbei insbesondere ein Schutzlack, beispielsweise auf Epoxydharz-Basis, wasserbasierte Lacke, UV-Lacke oder Öldrucklacke, vorgesehen sein, um die Ausnehmung bzw. die Leiterbahnen abzudecken und vor Umwelteinflüssen zu schützen. Alternativ oder zusätzlich sind aber natürlich auch andere Lacke wie etwa Farblacke denkbar. Auch besteht die Möglichkeit, dass geeignete Laminatfolien aufgebracht werden. Der Lack bzw. die Laminatfolie kann dabei grundsätzlich auf die gesamte Oberfläche oder nur auf bestimmte Bereiche des Basismaterials aufgetragen werden. Vorzugsweise wird der Lack bzw. die Laminatfolie aber zumindest im Bereich der Ausnehmung aufgebracht, um im Fall des Drip-off Lacks ein Anhaften des elektrischen bzw. magnetischen Materials außerhalb der Ausnehmung an der Oberfläche des Basismaterials zu verhindern bzw. um im Fall des Schutzlacks die gewünschte Schutzfunktion für die Leiterbahn zu erfüllen. Es versteht sich, dass gegebenenfalls auch mehrere Lackschichten bzw. Schichten aus unterschiedlichen Lacken vorgesehen sein können. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass nach dem Auftrag des Schutzlacks bzw. der Laminatfolie und/oder nach dem zumindest bereichsweise Füllen der wenigstens einen Ausnehmung mit einem elektrisch leitfähigen und/oder magnetischen Material neben der Ausnehmung zumindest bereichsweise wenigstens der bereits im Vorhergehenden beschriebe Kanal ausgebildet wird. Dieser zusätzliche Kanal dient wiederum als eine Art nichtleitende Barriere wodurch beispielsweise Fehlkontaktierungen und Kurzschlüsse besonders zuverlässig vermieden werden. Vorzugsweise werden zu beiden Seiten der Ausnehmung derartige Kanäle gebildet, um die nichtleitende Barriere auszubilden. Der Kanal oder die Kanäle werden wiederum bevorzugt zumindest bereichsweise parallel zur Ausnehmung verlaufend ausgebildet. Der wenigstens eine Kanal kann wiederum grundsätzlich eine geringere Querschnittsfläche als die Ausnehmung aufweisen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Basismaterial mit einer Kontaktfläche, beispielsweise mit einer Lötfläche versehen, wobei die Kontaktfläche vorzugsweise elektrisch leitfähig mit dem elektrisch leitfähigen Material verbunden wird. Dies ermöglicht es, die Kontaktfläche im selben Verfahrensschritt oder zu einem späteren Zeitpunkt elektrisch leitend mit der elektrischen Leiterbahn zu verbinden und besonders einfach Anschluss- bzw. Kontaktstellen für weitere Bauelemente bereitzustellen.
Weitere Vorteile ergeben sich, indem die wenigstens eine Ausnehmung mit einem verflüssigten elektrisch leitfähigen und/oder magnetischen Material befüllt und das verflüssigte Material anschließend ausgehärtet wird. Dies stellt eine besonders schnelle, einfache und kostengünstige Möglichkeit zum Befüllen der wenigstens einen Ausnehmung und zur Herstellung einer oder mehrerer elektrischer und/oder magnetischer Leiterbahnen dar.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das elektrisch leitfähige und/oder magnetische Material mittels eines Rakels und/oder mittels eines Druckverfahrens, insbesondere eines Siebdruckverfahrens, eines Flexodruckverfahrens, eines Offsetdruckverfahrens oder eines Tiefdruckverfahrens, in die wenigstens eine Ausnehmung gefüllt wird. Hierdurch können auch großflächige Basismaterialien schnell und präzise mit dem elektrisch leitfähigen und/oder magnetischen Material versehen werden.
Um das Substrat nicht nur mit wenigstens einer Leiterbahn, sondern gleichzeitig auch integral mit der zum Betreiben einer elektrischen Schaltung notwendigen Energie versorgen zu können, hat es sich in weiterer Ausgestaltung der Erfindung als vorteilhaft erwiesen, wenn auf das Basismaterial wenigstens eine Halbzelle und/oder wenigstens eine Batterie, insbesondere eine Filmbatterie aufgebracht, insbesondere aufgedruckt und/oder in die wenigstens eine Ausnehmung gestrichen wird. Unter einer Batterie wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht nur eine nicht wiederaufladbare Primärzelle, sondern auch ein Akkumulator, also ein wiederaufladbarer Speicher für elektrische Energie auf elektrochemischer Basis verstanden. Als druckbare Batterien eignen sich insbesondere sogenannte Dünnfilm- bzw. Dünnschichtbatterien. Solche Batterien bzw. deren Halbzellen bestehen aus unterschiedlichen Schichten, die üblicherweise die Schichtfolge Substrat-Stromabnehmer-Anode-Elektrolyt/Separator-Kathode-Stromabnehmer-Substrat aufweisen. Als Substrat fungiert dabei vorzugsweise das Basismaterial. Aufgrund des variablen Formfaktors, der geringen Dicke, der Biegsamkeit und der Flexibilität im Hinblick auf Aufbau und elektrischer Spannung der Halbzelle bzw. Batterie sind die Einsatzmöglichkeiten vielfältig. Insbesondere eignen sich gedruckte Batterien zur Herstellung von Substraten für intelligente Verpackungen in der Logistik und für Verpackungsmaterialien mit eingebauten elektrischen bzw. elektronischen Funktionen wie etwa optische, akustische und/oder haptische Effekte, Sensorik, kabellose Erfassung und Weiterleitung von Daten usw. Dabei kann vorgesehen sein, dass einander zugeordnete Halbzellen derart auf voneinander beabstandeten Bereichen des Substrats erzeugt werden, dass sie bei einer späteren Verwendung des Substrats als Verpackungsmaterial auf korrespondierenden Laschen, Faltflächen oder dergleichen angeordnet sind. Beim Fertigstellen einer Verpackung werden die Halbzellen dann durch Aufeinanderfalten der Laschen miteinander in Kontakt gebracht und ergänzen sich zur Primär- bzw. Sekundärzelle, wodurch Bauteile der Verpackung integral mit elektrischer Energie versorgt werden können.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verfahren inline auf einer Druckmaschine und/oder offline durchgeführt wird. Offline kann das Verfahren auch auf einer Streichmaschine unter Verwendung eines Streichverfahrens durchgeführt werden. Hierdurch kann das Verfahren in Abhängigkeit des jeweils herzustellenden Substrats besonders schnell, einfach und variabel durchgeführt werden.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Substrat, insbesondere für eine Verpackung. Erfindungsgemäß umfasst das Substrat ein Basismaterial, in welches mittels wenigstens eines Trennverfahrens aus der Gruppe Laserschneiden und Fräsen wenigstens eine Ausnehmung eingebracht und zumindest bereichsweises mit einem elektrisch leitfähigen und/oder magnetischen Material gefüllt ist. Hierdurch können Substrate aus unterschiedlichen Basismaterialien mit elektrischen und/oder magnetischen Bahnen schnell, variabel und kostengünstig bereitgestellt werden. Weitere sich ergebende Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten Erfindungsaspekts zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Erfindungsaspekts und umgekehrt anzusehen sind.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Basismaterial ausgewählt aus einer Gruppe, die Papier, Karton, Pappe, Holz, Kunststoff, Verbundwerkstoffe, insbesondere GFK, und Laminate, insbesondere laminierten Karton, umfasst. Hierdurch können die Eigenschaften des Substrats optimal an seinen späteren Einsatzzweck angepasst werden. Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Substrat damit zur Herstellung von Verpackungen.
Weitere Vorteile ergeben sich, wenn die wenigstens eine Ausnehmung zumindest bereichsweise eine Tiefe von mindestens 10 µm und/oder von höchstens 650 µm und/oder eine Breite von mindestens 0,1 mm und/oder von höchstens 30 cm besitzt. Vorzugsweise besitzt die wenigstens eine Ausnehmung damit zumindest bereichsweise oder durchgängig eine Tiefe von 10 µm, 20 µm, 30 µm, 40 µm, 50 µm, 60 µm, 70 µm, 80 µm, 90 µm, 100 µm, 110 µm, 120 µm, 130 µm, 140 µm, 150 µm, 160 µm, 170 µm, 180 µm, 190 µm, 200 µm, 210 µm, 220 µm, 230 µm, 240 µm, 250 µm, 260 µm, 270 µm, 280 µm, 290 µm, 300 µm, 310 µm, 320 µm, 330 µm, 340 µm, 350 µm, 360 µm, 370 µm, 380 µm, 390 µm, 400 µm, 410 µm, 420 µm, 430 µm, 440 µm, 450 µm, 460 µm, 470 µm, 480 µm, 490 µm, 500 µm, 510 µm, 520 µm, 530 µm, 540 µm, 550 µm, 560 µm, 570 µm, 580 µm, 590 µm, 600 µm, 610 µm, 620 µm, 630 µm, 640 µm oder 650 µm, wobei entsprechende Zwischenwerte wie beispielsweise 600 µm, 601 µm, 602 µm, 603 µm, 604 µm, 605 µm, 606 µm, 607 µm, 608 µm, 609 µm und 610 µm als mitoffenbart anzusehen sind. Alternativ oder zusätzlich besitzt die die wenigstens eine Ausnehmung eine Breite von 0,1 mm, 0,5 mm, 1 mm, 5 mm, 10 mm, 20 mm, 30 mm, 40 mm, 50 mm, 60 mm, 70 mm, 80 mm, 90 mm, 100 mm, 110 mm, 120 mm, 130 mm, 140 mm, 150 mm, 160 mm, 170 mm, 180 mm, 190 mm, 200 mm, 210 mm, 220 mm, 230 mm, 240 mm, 250 mm, 260 mm, 270 mm, 280 mm, 290 mm oder 300 mm, wobei entsprechende Zwischenwerte wie beispielsweise 10 mm, 11 mm, 12 mm, 13 mm, 14 mm, 15 mm, 16 mm, 17 mm, 18 mm, 19 mm und 20 mm als mitoffenbart anzusehen sind. Hierdurch können der erforderliche elektrische Leitungsquerschnitt bzw. die gewünschte magnetische Feldstärke optimal an den jeweiligen Verwendungszweck des Substrats angepasst werden.
Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, dass auf dem Basismaterial wenigstens ein aktives und/oder passives elektrisches Bauelement angeordnet ist und/oder dass wenigstens zwei Halbzellen einer Batterie auf voneinander beabstandete Bereiche des Basismaterials aufgebracht sind. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass das Substrat mit einem oder mehreren aktiven Bauelementen bestückt ist, die eine Verstärkerwirkung des Nutzsignals zeigen oder eine Steuerung erlauben. Beispiele hierfür sind Dioden, Transistoren, Optokoppler oder Relais. Alternativ oder zusätzlich ist das Substrat mit einem oder mehreren passiven Bauelementen bestückt, das heißt mit Bauelementen, die keine Verstärkerwirkung zeigen und keine Steuerungsfunktion besitzen. Beispiele hierfür sind Widerstände, Kondensatoren, Induktivitäten und Memristoren. Ein elektrisches Bauelement als Einheit kann im Einzelfall aus mehreren elektrischen Bauteilen bestehen. Ein Beispiel sind Solarpaneele bzw. Solarmodule oder elektronische Datenspeicherelemente wie EPROMs, EEPROMs oder Flash-EEPROMs oder dergleichen. Weitere elektrische Bauelemente, mit denen das Substrat einzeln und in beliebiger Kombination bestückt sein kann, umfassen Elektronenröhren, SMDs und integrierte Schaltungen (IC).
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft eine Verpackung, umfassend wenigstens ein Substrat, welches mittels eines Verfahrens gemäß dem ersten Erfindungsaspekt erhältlich und/oder erhalten und/oder gemäß einem dem zweiten Erfindungsaspekt ausgebildet ist. Hierdurch können auf einfache, variable und kostengünstige Weise Verpackungen bereitgestellt werden, die Substrate umfassen oder aus Substraten bestehen, welche unterschiedliche Basismaterialien mit elektrischen und/oder magnetischen Bahnen aufweisen. Weitere sich ergebende Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten Erfindungsaspekts zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Erfindungsaspekts und umgekehrt anzusehen sind.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, dem Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in dem Ausführungsbeispiel genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Dabei zeigt:

Fig. 1: eine schematisch dargestellte Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Verpackung;
Fig. 2: eine schematisch dargestellte Seitenansicht der Verpackung gemäß Fig. 1 in geöffnetem Zustand;
Fig. 3: eine schematische Darstellung eines zur Herstellung der Verpackung verwendeten Substrats; und
Fig. 4: eine schematische Detailansicht eines Wandelements der Verpackung.

Die Figur 1 zeigt eine schematisch dargestellte Seitenansicht einer Verpackung 10 zur Aufbewahrung von Waren in geschlossenem Zustand. Die im Ausführungsbeispiel gezeigte Verpackung 10 dient dabei insbesondere zur Aufbewahrung von stabförmigen Waren wie Zigaretten und dergleichen. Es ist aber zu betonen, dass das erfindungsgemäße Prinzip auch auf andere Verpackungen 10 anwendbar ist. Die Verpackung 10 bzw. das zu Ihrer Herstellung verwendete und im Zusammenhang mit Fig. 3 näher erläuterte Substrat 60 weist ein Basismaterial aus Karton, Papier oder Kunststoff auf, wobei grundsätzlich auch andere geeignete Materialien denkbar sind.
Man erkennt, dass die Verpackung 10 eine Vorderwand 12 und eine Rückwand 14, die Vorder- und Rückwand 12, 14 verbindende Seitenwände 16, 18 sowie eine Bodenwand 20 zur Ausbildung eines behälterartigen Aufnahmebereichs 24 aufweisen. Zudem umfasst die Verpackung 10 einen Verschluss 22 zum Verschließen des Aufnahmebereichs 24, wobei der Verschluss 22 aus zwei Verschlusskappen 26, 28 besteht. Dabei ist die erste Verschlusskappe 26 gelenkig mit der Vorderwand 12 und die zweite Verschlusskappe 28 gelenkig mit der Rückwand 14 über entsprechende Biegelinien 30, 32 in einem oberen, nach oben offenen Ende des Aufnahmebereichs 24 verbunden (vergleiche auch Figur 2). Zudem erkennt man, dass die Verpackung 10 in Form eines prismatischen Körpers entlang ihrer Längsachse ausgebildet ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Verpackung 10 quaderförmig ausgebildet. Aber auch andere Formen sind denkbar.
Auf der Innenseite der Verschlusskappen 26, 28 umfasst die Verpackung 10 nutförmige Ausnehmungen 190, die in Fig. 1 mit gestrichelten Linien symbolisiert sind. Die Ausnehmungen 190 werden durch Laserschneiden in das Basismaterial eingebracht. Alternativ können die Ausnehmungen 190 auch durch Fräsen erzeugt werden. Die Ausnehmungen 190 sind mit einem magnetischen Material gefüllt und bilden damit eine Art magnetische Leiterbahnen. Man erkennt, dass die gefüllten Ausnehmungen 190 bei geschlossener Verpackung 10 benachbart zueinander angeordnet sind und damit als Magnetverschluss fungieren. Durch die Anziehung der beiden magnetischen Leiterbahnen bleibt die Verpackung 10 zuverlässig geschlossen.
Figur 2 zeigt eine schematisch dargestellte Seitenansicht der Verpackung 10 gemäß Figur 1 in geöffnetem Zustand. Man erkennt, dass die beiden Verschlusskappen 26, 28 einzeln oder gemeinsam geöffnet werden können, wobei die Magnetkraft der gefüllten Ausnehmungen 190 bzw. der magnetischen Leiterbahnen überwunden werden muss. Die Seitenwände 16, 18 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Verpackung 10 in dem nach oben offenen Ende des Aufnahmebereichs 24 spitz zulaufend ausgebildet. Die beiden Verschlusskappen 26, 28 weisen in diesem Bereich entsprechende Anschrägungen auf. Zudem wird deutlich, dass die Seitenwände 16, 18 des Aufnahmebereichs 24 mit den korrespondierenden Wandelementen der ersten und zweiten Verschlusskappe 26, 28 über entsprechende Schnittlinien voneinander getrennt sind. Es ist aber auch möglich, dass in diesem Bereich Perforationslinien ausgebildet sind.
Die Verpackung 10 weist zudem einen in den Aufnahmebereich 24 einbringbaren, grundsätzlich optionalen Innenkragen 136 mit insgesamt vier Rastmitteln 138, 140 (Rastmittel 142, 144 in der Figur 2 nicht sichtbar) zum Verrasten der ersten und zweiten Verschlusskappe 26, 28 mit dem Innenkragen 136 auf. Man erkennt, dass der Innenkragen 136 im Aufnahmebereich 24 umlaufend ausgebildet ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Innenkragen 136 zudem einstückig ausgebildet. Aufgrund der Schließwirkung der beiden magnetischen Leiterbahnen kann auf diese Verrastung allerdings auch verzichtet werden. Im Bereich der Vorderwand 12 und der Rückwand 14 ist zudem jeweils eine Eingriffsmulde 146 ausgebildet.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung des zur Herstellung der Verpackung 10 gemäß den Figuren 1 und 2 verwendeten Substrats 60. Das Substrat 60 kann grundsätzlich auch als Zuschnitt bezeichnet werden. Zudem ist ein grundsätzlich optionaler Zuschnitt des Innenkragens 136 dargestellt.
Das Substrat 60 umfasst dabei über Biegelinien 102, 104, 106, 108, 110, 112 verbundene Wand- und Bodenelemente 20, 34, 36, 50, 52, 54, 56 zur Ausbildung des behälterartigen Aufnahmebereichs 24 in gefaltetem Zustand des Substrats 60. Das vordere Wandelement 34 des Aufnahmebereichs 24 ist dabei mit einem vorderen Wandelement 38 der ersten Verschlusskappe 26, die Rückwand 36 des Aufnahmebereichs 24 mit einer Rückwand 40 der zweiten Verschlusskappe 28 über Biegel inien 30, 32 verbunden. Die Rückwand 36 umfasst in einem mit dem Bezugszeichen IV gekennzeichneten Bereich mehrere mit elektrisch leitfähigem Material befüllte Ausnehmungen 190 sowie eine Filmbatterie 192 und wird im Zusammenhang mit Fig. 4 näher erläutert werden.
Das vordere Wandelement 38 ist über weitere Biegelinien 114, 122, 124 mit Seitenwänden 72, 74, 76 zur Ausbildung der Verschlusskappe 26 in gefaltetem Zustand des Substrats 60 und die Rückwand 40 über weitere Biegelinien 118, 130, 132 mit Seitenwänden 58, 60, 70 zur Ausbildung der zweiten Verschlusskappe 28 in gefaltetem Zustand des Substrats 60 verbunden.
Die Seitenwände 54, 56, die über die Biegelinien 110, 112 mit der Rückwand 36 verbunden sind, weisen zudem Klebelaschen 90, 52 zur Verbindung mit der Bodenwand 20 und zur Ausbildung des behälterartigen Aufnahmebereichs 24 in gefaltetem Zustand des Substrats 60 auf.
Auch die Seitenwände 72, 74 der ersten Verschlusskappe 26 und die Seitenwände 58, 60 der zweiten Verschlusskappe 28 weisen entsprechende Klebelaschen 94, 96, 98, 100 zum Verkleben mit den oberen Deckelwänden 70, 76 auf. Die Deckelwände 70, 76 sind zudem über Biegelinien 116, 120 mit Verstärkungselementen 78, 84 verbunden, die in gefaltetem Zustand des Substrats 60 an den jeweiligen Innenseiten der Deckelwände 70, 76 anliegen. Man erkennt, dass die mit dem magnetischen Material gefüllten Ausnehmungen 190 in die Verstärkungselemente 78, 84 durch Laserschneiden bzw. Laserrillen eingebracht sind. Allerdings sind auch alternative Anordnungen denkbar, solange die magnetischen Leiterbahnen im geschlossenen Zustand der Verpackung 10 als Magnetverschluss fungieren können.
Auch die Seitenwände 72, 74, 58, 60 der ersten und zweiten Verschlusskappe 26, 28 liegen in gefaltetem Zustand des Substrats 60 an den jeweiligen Innenseiten der Deckelwände 70, 76 an. Hier sind über Biegelinien 126, 128, 134, 136 jeweils Verstärkungselemente 86, 88, 80, 82 angeordnet, die in gefaltetem Zustand der Verschlusskappen 26, 28 an den jeweiligen Innenseiten der Seitenwände 72, 74, 58, 60 anliegen.
Des Weiteren erkennt man, dass die Seitenwände 50, 52, 54, 56, des Aufnahmebereichs 24 mit den korrespondierenden Wandelementen 58, 60, 72, 74 der ersten und zweiten Verschlusskappe 26, 28 über entsprechende Schnittlinien voneinander getrennt sind. Es ist aber auch möglich, dass in diesem Bereich statt Schnittlinien Perforationslinien ausgebildet sind. Zudem wird deutlich, dass die Seitenwände 50, 52, 54, 56 des Aufnahmebereichs 24 in an den Wandelementen 58, 60, 72, 74 der ersten und zweiten Verschlusskappe 26, 28 anliegenden Bereichen spitz zulaufend ausgebildet sind, wobei die korrespondierenden, den spitz zulaufenden Bereichen angrenzenden Bereiche der Wandelemente 58, 60, 72, 74 eine entsprechende Anschrägung aufweisen.
Der optionale Innenkragen 136 ist einstückig ausgebildet und weist zwei Eingriffslaschen 148 zum Eingriff in den behälterartigen Aufnahmebereich 24 der gefalteten Verpackung 10 auf. Den Eingriffslaschen 148 gegenüberliegend sind Eingriffsmulden 146 ausgebildet. Über Biegelinien 154 sind die Eingriffslaschen 148 mit Seitenwänden 150, 152 sowie einer Klebelasche 156 verbunden. In zusammengefaltetem Zustand des Innenkragens 136 liegt die Klebelasche 156 an der Innenseite der Seitenwand 152 an. Des Weiteren erkennt man, dass insgesamt vier Rastmittel 138, 140, 142, 144 mittels entsprechender Schnittlinien im Innenkragen 136 ausgebildet sind.
Fig. 4 zeigt eine schematische Detailansicht des Wandelements 36 der Verpackung. Man erkennt, dass durch Laserschneiden zahlreiche Ausnehmungen 190 unterschiedlicher Geometrie in das Basismaterial eingebracht und mit elektrisch leitfähigem Material befüllt sind, wodurch entsprechende elektrische Leiterbahnen gebildet werden. Der zum Erzeugen der Ausnehmungen 190 verwendete Laser kann dabei grundsätzlich derselbe oder ein anderer sein als der, der zur Herstellung der Kontur des Substrats 60 bzw. zum Herstellen der Rill- oder Biegelinien 116, 114, 30, 102, 104, 32, 118, 120 des Zuschnitts verwendet wird. Das Wandelement 36 erlaubt somit die mechanische Befestigung und elektrische Verbindung von aktiven und/oder passiven elektronischen Bauteilen. Das Substrat 60 fungiert daher im Bereich seines Wandelements 36 als eine Art Leiter- oder Kartonplatine, wodurch die Verpackung 10 mit unterschiedlichen Zusatzfunktionen versehen werden kann. Beispielsweise kann die Verpackung 10 als sogenannte intelligente Verpackung für Logistikzwecke ausgebildet sein. Ebenso kann vorgesehen sein, dass die Verpackung 10 mit optischen, akustischen und/oder haptischen Effekten versehen wird. Ebenso denkbar ist die Integration von Sensoren sowie die kabellose Erfassung und Weiterleitung von Daten. Beispielsweise kann die Verpackung 10 über Bluetooth oder einen anderen geeigneten Übertragungsweg mit einem Mobiltelefon, Tablet oder dergleichen kommunizieren, um einem Verbraucher Informationen über die Verpackung 10, den Inhalt der Verpackung 10, den Hersteller etc. bereitstellen zu können.
Grundsätzlich können konventionelle elektronische Bauelemente durch die in Fig. 4 dargestellten Durchtrittskanäle, von denen lediglich einige exemplarisch mit dem Bezugszeichen 194 versehen sind, geführt und mit den Leiterbahnen verbunden werden (sogenannte Durchkontaktierung). Alternativ oder zusätzlich können aber auch sogenannte oberflächenmontierte Bauelemente (surface-mounted device, SMDs) verwendet werden, bei denen keine Durchkontaktierungen bzw. Durchtrittskanäle 194 erforderlich sind. Die Durchtrittskanäle werden zusammen mit den nutförmigen Ausnehmungen 190 ausgebildet, indem mittels des Laserstrahls oder durch Fräsen entsprechende Durchgangsöffnungen im Basismaterial erzeugt und anschließend zumindest teilweise mit dem elektrisch leitfähigen Material befüllt werden. Grundsätzlich kann auch vorgesehen sein, dass ein Durchtrittskanal 194 zunächst vollständig mit elektrisch und/oder magnetisch leitfähigem Material gefüllt und anschließend erneut eine Durchgangsöffnung in das Material eingebracht wird, um einen neuen Durchtrittskanal 194 mit geringerem Durchmesser zu bilden. Alternativ können alle oder manche der Durchtrittskanäle 194 als sogenannte "Thermal Vias" ausgebildet sein, um den Wärmetransport senkrecht zum Substrat 60 zu verbessern.
Vordem Einbringen der Ausnehmungen 190 kann das Basismaterial zumindest im Bereich des Wandelements 36 mit einem sogenannten Drip-off Lack beschichtet werden. Nach dem Erzeugen der Ausnehmungen 190 durch Laserschneiden kann das elektrisch leitfähige Material dann mit einem Rakel oder durch ein Siebdruckverfahren, ein Flexodruckverfahren, ein Offsetdruckverfahren oder ein Tiefdruckverfahren in die Ausnehmungen 190 eingebracht werden. Überschüssiges Material haftet aufgrund des Drip-off Lacks nicht an der Oberfläche des Basismaterials und kann einfach wieder entfernt werden. Die Herstellung und Füllung der Ausnehmungen 190 kann damit vorteilhafter Weise inline auf einer Druckmaschine durchgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich können seitlich der Ausnehmungen 190 vorzugsweise parallel verlaufende Kanäle ausgebildet werden, die als eine Art nichtleitende Barriere oder als eine Art "Überlaufbecken" für überschüssiges Material fungieren, wodurch Fehlkontaktierungen und Kurzschlüsse ebenfalls vermieden werden. Der oder die Kanäle können grundsätzlich eine geringere Querschnittsfläche aufweisen als die zugeordnete(n) Ausnehmung(en) 190.
Man erkennt in Fig. 4 weiterhin, dass auf das Basismaterial eine Filmbatterie 192 aufgedruckt und mit den elektrischen Leiterbahnen verbunden ist. Die Filmbatterie 192 weist im gezeigten Beispiel die Schichtabfolge Basismaterial, Stromabnehmer, Zn-Anode, Elektrolyt/Separator, MnO₂-Kathode, Stromabnehmer, Deckschicht auf. Grundsätzlich können aber auch andere Schichtabfolgen vorgesehen sein. Ebenso kann vorgesehen sein, dass die beiden Halbzellen der Batterie 192 auf räumlich getrennte Bereiche des Substrats 60 aufgebracht und erst beim Falten des Substrats 60 bzw. bei der Herstellung der Verpackung 10 aus dem Zuschnitt aufeinander angeordnet werden und sich zur Batterie 192 ergänzen.
Die in den Unterlagen angegebenen Parameterwerte zur Definition von Prozess- und Messbedingungen für die Charakterisierung von spezifischen Eigenschaften des Erfindungsgegenstands sind auch im Rahmen von Abweichungen - beispielsweise aufgrund von Messfehlern, Systemfehlern, Einwaagefehlern, DIN-Toleranzen und dergleichen - als vom Rahmen der Erfindung mitumfasst anzusehen.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Substrats (60), insbesondere für eine Verpackung (10), umfassend die Schritte:
- Bereitstellen eines Basismaterials;

- Erzeugen wenigstens einer Ausnehmung (190) in dem Basismaterial mittels wenigstens eines Trennverfahrens aus der Gruppe Laserschneiden und Fräsen; und

- zumindest bereichsweises Füllen der wenigstens einen Ausnehmung (190) mit einem elektrisch leitfähigen und/oder magnetischen Material.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine Ausnehmung (190) zumindest bereichsweise nutförmig ausgebildet wird und/oder zumindest bereichsweise durchgehend durch das Basismaterial durchgehend ausgebildet wird, um einen sich zwischen einer Vorderseite und einer Rückseite des Basismaterials erstreckenden Durchtrittskanal (194) auszubilden.
Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Durchkontaktierung zwischen der Vorderseite und der Rückseite des Basismaterials durch Füllen des Durchtrittskanals (194) mit dem elektrisch leitfähigen Material hergestellt wird und/oder dass der Durchtrittskanal (194) mit dem magnetischen Material gefüllt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
neben der Ausnehmung (190) zumindest bereichsweise wenigstens ein Kanal ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Basismaterial vor und/oder nach dem Erzeugen der wenigstens einen Ausnehmung (190) zumindest bereichsweise mit einem Lack beschichtet wird, insbesondere mit einem Drip-off Lack und/oder Schutzlack.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Basismaterial mit einer Kontaktfläche, insbesondere einer Lötfläche versehen wird, wobei die Kontaktfläche vorzugsweise elektrisch leitfähig mit dem elektrisch leitfähigen Material verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine Ausnehmung (190) mit einem verflüssigten elektrisch leitfähigen und/oder magnetischen Material befüllt und das verflüssigte Material anschließend ausgehärtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
das elektrisch leitfähige und/oder magnetische Material mittels eines Rakels und/oder mittels eines Druckverfahrens, insbesondere eines Siebdruckverfahrens, eines Flexodruckverfahrens, eines Offsetdruckverfahren oder eines Tiefdruckverfahrens, in die wenigstens eine Ausnehmung (190) gefüllt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
auf das Basismaterial wenigstens eine Halbzelle und/oder wenigstens eine Batterie (192), insbesondere eine Filmbatterie aufgebracht, insbesondere aufgedruckt und/oder in die wenigstens eine Ausnehmung (190) gestrichen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
dieses inline auf einer Druckmaschine und/oder offline durchgeführt wird.
Substrat (60), insbesondere für eine Verpackung (10), umfassend ein Basismaterial, in welches mittels wenigstens eines Trennverfahrens aus der Gruppe Laserschneiden und Fräsen wenigstens eine Ausnehmung (190) eingebracht und zumindest bereichsweises mit einem elektrisch leitfähigen und/oder magnetischen Material gefüllt ist.
Substrat (60) nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Basismaterial ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Papier, Karton, Pappe, Holz, Kunststoff, Verbundwerkstoffe, insbesondere GFK, und Laminate, insbesondere laminierten Karton, umfasst.
Substrat (60) nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine Ausnehmung (190) zumindest bereichsweise eine Tiefe von mindestens 10 µm und/oder von höchstens 650 µm und/oder eine Breite von mindestens 0,1 mm und/oder von höchstens 30 cm besitzt.
Substrat (60) nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
auf dem Basismaterial wenigstens ein aktives und/oder passives elektrisches Bauelement angeordnet ist und/oder dass wenigstens zwei Halbzellen einer Batterie auf voneinander beabstandete Bereiche des Basismaterials aufgebracht sind.
Verpackung (10), umfassend wenigstens ein Substrat (60), welches mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 erhältlich und/oder erhalten und/oder gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14 ausgebildet ist.