JP2010522783A - 導電路をプラスチック部材に形成するための製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、導電路（１）をプラスチック部品（２）に形成するための製造方法に関する。前記導電路に沿ってエネルギー供給を移動させながら行うことにより、前記プラスチック部品（２）のプラスチック材料（１８）を導電性物質に変換することを提案する。本発明はさらに、プラスチック基板（１３）上に配置され導電路（１）を有する電気回路にも関する。

Description

本発明は、導電路をプラスチック部品に形成するための製造方法に関する。本発明はさらに、プラスチック基板上に配置され導電路を有する電気回路にも関する。

従来技術
電子回路は、現在の生活のすべての領域に存在する。とりわけ、自動車技術において最新の車両では多数のセンサおよびアクチュエータが使用され、これらは、天候の影響から保護するために周辺環境に対して封止してスイッチオンしなければならない。このような構成要素は、とりわけ内部に、非常に幅広い目的で電流路を必要とする。というのも、構成要素内部では異なる素子を相互に接続しなければならず、かつ／または、給電が一般的に必要とされるからである。そのために従来技術では、ケーブル、非常に異なる材料から成る導体路、とりわけ銅から成る導体路、ワイヤ等が、すべての可能なジオメトリで使用される。ここでの欠点は、このような電流路ないしは導体は周辺に接着しないことであり、このような導体では部品または構成要素は封止されていない。膨張係数が異なることにより、導体の境界面には応力が発生し、場合によってはひびが発生する。このような付加的な導体はしばしば、専用の工具で形成し、たとえば電流路を打抜きし、別個に構成要素ないしは部品に実装しなければならない。

発明の概要
本発明の課題は、上記の欠点を回避する、導電路をプラスチック部材に形成するための製造方法を提供することである。

このような製造方法を提供するために、プラスチック部品に導電路を形成するための製造方法において、該プラスチック部品のプラスチック材料を、該導電路に沿って案内されるエネルギー供給部によって導電性物質に変換する製造方法を提案する。それによれば、従来技術と異なる点として、（たとえばボードの機能を有するかまたはボードである）プラスチック部品に導体を被着するのではなく、導電路をプラスチック部品自体の中に形成する。したがって、別個に被着される導体の代わりに、プラスチック成分から成る導電層（すなわち、プラスチック部品のプラスチック材料から得られるプラスチック成分から成る導電層）を使用する。それゆえ、プラスチック部品の表面に組み込まれた導体が得られる。導電路に沿って行われる強いエネルギーの供給（このエネルギー供給は実質的に、プラスチック部品の表面に対して垂直に、かつ形成すべきレールに沿って行われる）により、該エネルギー供給の領域においてプラスチック部品の（絶縁性の）プラスチック材料が分解され、導電性の炭素化合物が表面に生成される。言わば、導電層がプラスチック部品のプラスチック材料に「焼き込まれる」。プラスチックは基本的に炭素化合物から成り、この炭素化合物はエネルギーの供給ととりわけ火花放電とによって分解され、導電性の炭素化合物がエネルギー供給の作用領域に残る。導電路に実質的に垂直に作用するエネルギー供給を該導電路に沿って案内することにより、プラスチック部品の表面においてプラスチック材料は導電性の炭素化合物に連続的に変換される。

本方法の有利な実施形態では、エネルギー供給を火花放電によって行う。それゆえ、エネルギー供給を行うためには、プラスチック部品のプラスチック材料を強い電界にさらし、このように接地され、該プラスチック部品に、該プラスチック部品から離隔された電極上の所望の導電路の領域に強い電界を印加することにより、電極と導電路の領域内のプラスチック材料との間に火花放電を発生させる。火花放電のこのような作用により、プラスチック部品のプラスチック材料は該火花放電の領域において分解され、該プラスチック材料の表面に導電性の炭素化合物が生成される。

別の有利な実施形態では、エネルギー供給はレーザ印加によって行われる。高エネルギーのレーザビームはとりわけ集束され、プラスチック部品の絶縁性であったプラスチック材料を導電路に沿って所望の深さおよび／または幅で言わば「焼く」ことにより、導電性の炭素化合物と炭素とが残り、繋がった導電路を形成するように、所望の導電路に沿って案内される。（とりわけ集束された）レーザビームをこのように使用することは、火花放電を使用することに対し、プラスチック部品自体を接地する必要なく、（そうしない場合には監視およびコントロールしなければならない）典型的なリスクを伴う強い電界の形成が不要になるという利点が得られる。それと同時に、十分に高い出力を有する適切なレーザの加工速度は格別に高速であり、導電路の製造プロセスをより高速に行うことができる。

有利な実施形態では、火花放電の持続時間によって導電路の深さを調整する。火花放電がプラスチック部品の表面の所定の領域に作用する持続時間は、プラスチック材料が導電性の炭素化合物に変換する寸法に決定的に影響する。とりわけこのことは、このような分解がプラスチック部品のどの程度の深さまで行われるかに影響する。電界および火花放電がプラスチック部品の表面の所定の領域に影響する時間が長くなると、該プラスチック部品で発生する変換は強くなり、とりわけ変換の深さ寸法が大きくなる。したがって、単位距離あたりの火花放電の持続時間が長くなるほど、有効に作用して電流を流す導電路の断面積は大きくなる。このようにして、たとえば銅導体路等の別個の構成要素を被着する必要なく、所要の電流容量に精確に調整された導電路を生成することができる。

さらに、先行の請求項のうち１項または複数項に記載の製造方法にしたがって製造された電気路を有する電気回路を提供する。上記の製造方法にしたがって製造された電気回路は、プラスチック部品のプラスチック材料中に導体路が組み込まれるという利点を有する。すなわち、このような導体路によって、従来技術から公知の導体路のような別個の導体路ないしはワイヤ接続部が完全に不要になるという利点を有する。とりわけ、導体ないしは導体路とプラスチックとを付着するための中間層も不要になる。このような電気回路は、格別に低コストで製造することができる。というのも導電路は、いずれにしても存在するプラスチック部品のプラスチック材料から、火花放電によって電界中で変換することによって得られるからである。さらに、電気回路のコンタクトを非常に簡単に行うことができ、とりわけクリンピングまたは圧着によって非常に簡単に行うことができ、他の手法のコンタクト、たとえば外部とのコンタクトも簡単かつ低コストで形成することができる。

さらに、導電路を有する次のような電気回路、すなわち、プラスチック基板上に配置され、該プラスチック基板は該導電路を有し、該導電路は、該導電路に沿って案内されるエネルギー供給部によって、とりわけ火花放電またはレーザ印加によって、プラスチック材料の変換によって形成されている電気回路を提供する。したがって、プラスチック基板は上記のような導電路を有し、電気回路はプラスチック基板上に配置されており、たとえば電気的素子のコンタクトエレメントを導電路に直接挿入することによって該電気的素子にコンタクトされる。

本電気回路の別の有利な実施形態では、電気回路は、電気路と対向コンタクトとの間にコンタクトを形成するように押着するための押着領域を有する。したがって、たとえば素子または外部とのコンタクト接続部とすることができる対向コンタクトをコンタクトするために次のような領域が形成される。すなわち、対向コンタクトの領域が力作用すなわち押着によって、導電路に相互に重なって導電接続される領域が形成される。

本電気回路の別の実施形態では、当該電気回路の周辺に射出成形するか、または注型封止する。さらに気密封止も実現される。

各従属請求項および従属請求項の組み合わせから、別の有利な実施形態が考えられる。

プラスチック部品に電界を加えて導電路を形成するための火花放電を発生させる様子を示す概略図である。 対向コンタクトと導電路とのコンタクトを示す。

本発明の実施例
図１は、導電路１をプラスチック部品２に形成するための製造方法の概略図である。こうするためにプラスチック部品２は導電性の支持体３に配置され、たとえば金属板４に配置されている。このような構成では支持体３は、プラスチック部品２上方に可動に配置された導体６に対して電気的に逆極５を形成し、この導体６は有利には火花尖端７の形態で形成されるか、または火花尖端７を有する。この逆極５と火花尖端７との間に電界が生成され、とりわけ、電気的接続部８によって接続された高電圧発生器９によって生成される。プラスチック部品２はこの逆極５に導通するように載置されるので、この電界は火花尖端７とプラスチック部品２の上面１０との間に形成される。電界強度が十分に高い場合、火花絶縁破壊１１が火花尖端７とプラスチック部品２との間に発生し、電気的な火花１２が該プラスチック部品２の上面１０に与えられる。プラスチック部品２に表面１０を介してこのように火花が与えられることにより、プラスチック部品２が設けられているプラスチック基板１３は火花領域１４において、導電性の炭素化合物１５に変換される。その際には、プラスチック部品２中の炭素化合物１５の寸法、すなわちとりわけ深さ寸法ｔ（深さＴ）および幅寸法ｂは、電界の強度、とりわけ電界が表面１０に作用する持続時間ないしは火花絶縁破壊が表面１０に作用する持続時間によって決定される。火花領域１４が火花絶縁破壊１１にさらされる時間が長くなるほど、プラスチック基板１３が導電性の炭素化合物１５に変換された変換部分の深さ寸法ｔおよび（距離に依存して）幅寸法ｂは大きくなる。このようにして、電界が作用する持続時間によって導電路の電流容量を決定および制御することができる。というのも、電界が作用する持続時間が長くなると、該持続時間が比較的短い場合よりも深さ寸法ｔおよび幅寸法ｂは大きくなり、該持続時間が比較的短い場合よりも断面が大きい導電路１が形成されるからである。また、導電路１の断面が大きいほど、該導電路１の電流容量は大きくなる。したがって、導電路１をプラスチック部品２の上面に形成するためには、導電路１に変換すべき電流経路１６に沿って火花尖端７を案内しながら電界を印加する。すなわち、高電圧発生器９を作動させる。このようにして発生した火花放電１７を該電流経路１６に沿って案内する間に、該電流路１６上のプラスチック材料１８は導電性の物質１９に変換される。このようにして、電流経路１６に沿って生成されたこの導電性の物質１９は導電路１を形成する。このことの利点はとりわけ、導電路１がプラスチック部品２の深さ方向に延在し、該プラスチック部品２の上面１０に対して実質的または完全に同一平面上に延在するということである。たとえば導体路等の別個の回路構成要素は必要ない。その際には、電流経路１６をプラスチック部品２の上面１０に、実質的に任意に敷設することができ、とりわけ、必要な場合には、複数の導電路１が相互に１回交差する電流路の任意の交差点および分岐を形成することができる。とりわけ、プラスチック部品２に印加される電界の強度を変化することにより、同一のプラスチック部品２に形成される導電路１の寸法決めを変化することができ、大きい断面積の主電流路と、細かく分岐された比較的小さい断面積の端子経路（見やすくするためにここでは図示されていない）とを形成することができる。

図２に、対向コンタクト２９のコンタクトが示されており、たとえば、コンタクトするために導電路１を有するプラスチック部品２上の部品２０のコンタクトが示されている。こうするために、部品２０に端子コンタクト２１が設けられており、該端子コンタクト２１は部品ケーシング２２に貫通されて、導電路１の領域２３に載置される。プラスチック部品２は、端子コンタクト２１の領域２３に隣接して、たとえば実質的に小片状に形成された２つのクリップ固定部２５から成るクリップホルダ２４を有し、該２つのクリップ固定部２５は次のように相互に離隔して配置されている。すなわち前記クリップ固定部２５間に、前記クリップホルダ２４が挟み込む被挟持部分２６が挿入され、該被挟持部分２６は該クリップ固定部２５間に固定され、該被挟持部分２６の下面２７が、部品２０の端子コンタクト２１の領域２３に少なくとも局所的に当たるように、相互に離隔して配置されている。このようにして形成された押着領域３０により、領域２３と導電路１との間に十分に確実な接触状態になる。このことにより、はんだ結合または同様の面倒な作業の電気的接続が不要になる。また、たとえばフラットプラグタブ（Flachsteckzunge）２８を、図中にないコネクに導電的に固定することもできる。こうするためにフラットプラグタブ２８は、上記で端子コンタクト２１に関して説明されたのと同様に導電路１の上に設けられ、フラットプラグタブ２８に直接隣接して、有利には両側に配置されてクリップホルダ２４が形成される。クリップホルダ２４を構成する２つのクリップ固定部２５間に、形状適合された被挟持部分２６が挟み込まれるように挿入され、フラットプラグタブ２８に力が加えられ、導電路１に導電的に接触する状態になる。クリップホルダ２４と、とりわけ被挟持部２６とは、図面を見やすくするためにここでは過度に大きく示されている。

このようにして、導電路１と端子コンタクト２１ないしはフラットプラグタブ２８または同様の別の電気的導体との間の電気的接続部は押着によって形成される。したがって、このような対向コンタクト２９ははんだ付けされずに載置され、力を加えることによって導電路１に押しつけられて導電的に固定される。

Claims (8)

1. プラスチック部品に導電路を形成するための製造方法において、
   前記導電路に沿ってエネルギー供給を移動させながら行うことにより、前記プラスチック部品のプラスチック材料を導電性物質に変換することを特徴とする、製造方法。
2. 前記エネルギー供給の持続時間により、前記導電路の深さを調整する、請求項１記載の製造方法。
3. 前記エネルギー供給を火花放電によって行う、請求項１または２記載の製造方法。
4. 前記エネルギー供給をレーザ印加によって行う、請求項１から３までのいずれか１項記載の製造方法。
5. 請求項１から４までのいずれか１項記載の製造方法にしたがって形成された導電路（１）を有することを特徴とする、電気回路。
6. 当該電気回路はプラスチック基板（１３）に配置されており、
   前記プラスチック基板（１３）は、前記エネルギー供給を前記導体路に沿って移動させながら行い前記プラスチック材料（１８）の変換によって得られた導電路（１）を有し、
   前記導電路（１）は、とりわけ火花放電（１７）またはレーザ印加によって得られた導電路である、請求項５記載の電気回路。
7. 当該電気回路は、前記導電路（１）と対向コンタクト（２９）とのコンタクトを形成するために押着するための押着領域（３０）を有する、請求項５または６記載の電気回路。
8. 当該電気回路の周囲に射出成形されるか、または注型封止されている、請求項５から７までのいずれか１項記載の電気回路。

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