JP2020526038A - コーティングされた板に電気的な接続コンタクトを製作するための装置および方法 - Google Patents

Abstract

コーティングされた板（１）に電気的な接続コンタクト（６）を製作するための装置（２２）および方法であって、板（１）のコーティング（２）が、電気的な絶縁層（５）により被覆された少なくとも１つの電気的な導体路（４）を含んでおり、電気的な絶縁層（５）を貫いて少なくとも電気的な導体路（４）にまで切欠き（８）を形成し、この切欠き（８）内に、一方の端部（７．２）で導体路（４）に電気的に接続しかつ他方の端部（７．１）に電気的な接続コンタクト（６）を形成する導電性のコンタクト素子（７）を設ける、装置（２２）および方法が示される。この方法の再現可能性を高めるために、切欠き（８）を、導体路（４）の方向に送られる中空ニードル（１０）によって形成し、引き戻す際に、中空ニードル（１０）によって切欠き（８）内に導電性の粘性材料（１１）を供給し、これによって、コンタクト素子（７）を形成することが提案される。

Description

本発明は、コーティングされた板に電気的な接続コンタクトを製作するための装置および方法であって、板のコーティングが、電気的な絶縁層により被覆された少なくとも１つの電気的な導体路を含んでおり、方法において、電気的な絶縁層を貫いて少なくとも電気的な導体路にまで切欠きを形成し、この切欠き内に、一方の端部で導体路に電気的に接続しかつ他方の端部に電気的な接続コンタクトを形成する導電性のコンタクト素子を設ける、装置および方法に関する。

背景技術
金属板上のコーティング内に埋め込まれた導体路を電気的に接続することができるようにするために、先行技術（欧州特許出願公開第１５１７５９７号明細書）に基づき、コーティングの電気的な絶縁体を電気的な導体路にまでコンタクトピンによって突き通すことが公知である。これによって、このコンタクトピンが一方の端部で導体路に電気的に接続している。このとき、コンタクトピンの他方の端部は電気的な接続コンタクトを形成している。不都合にも、コンタクトピンのこのような突込みは、比較的困難であるかもしくは正確に再現することができないと判明している。さらに、突きに起因したコンタクトピンの変形が、目標に定められた接触接続を困難にしてしまう。したがって、先行技術の方法は比較的欠陥を伴いやすい。

発明の開示
したがって、本発明の課題は、冒頭で説明した形態の、コーティングされた板に電気的な接続コンタクトを製作するための方法を簡略化するかもしくは改良し、ひいては、方法の再現可能性を高めることである。

本発明は、切欠きを、導体路の方向に送られる中空ニードルによって形成し、この中空ニードルを切欠きから引き戻す際に、中空ニードルによって切欠き内に導電性の粘性材料を供給し、これによって、コンタクト素子を形成することによって、方法に関する前述した課題を解決する。

切欠きが、導体路の方向に送られる中空ニードルによって形成されると、コンタクト素子の機械的な強度に関係なく、コーティングを導体路にまで開放する、位置適正なかつ延在の点で比較的正確な切欠きをコーティングに提供することができる。とりわけ、これによって、例えば別の導体路との短絡も回避される。次いで、中空ニードルが、このような切欠きからの引戻し時に導電性の粘性材料を切欠き内に供給し、これによって、コンタクト素子が形成されることにより、切欠き内にコンタクト素子が設けられると、正確な切欠きをコンタクト素子への正確な形状付与のために利用することができ、ひいては、外側の接続コンタクトと電気的な導体路との間に、電気的な特性において等しい電気的な接続を再現可能に提供することもできる。さらに、１つの中空ニードルのこの送りもしくは引戻しは比較的簡単にハンドリング可能である。これによって、方法の再現可能性をさらに高めることができる。

粘性材料としてペーストまたはインクが供給されると、方法の再現可能性をさらに高めることができる。

一般的に述べると、コンタクト素子を形成するための導電性のペースト／インクとして、導電性のポリマー、例えばポリアニリン、ポリピロールまたはポリチオフェンを使用することができる。また、これに代わり、このようなペースト／インクは、金属系、例えば銀、銅もしくは金、有機系、例えばＰＥＤＯＴ（（ポリ−３，４−エチレンジオキシチオフェン）、またはグラフェン系を含んでいてもよい。また、このために、炭素または黒鉛も可能である。金属系を含んだインク／ペーストは、特に有利な導電率の点で優れている。これに対して、有機系を含んだインクおよび／またはペーストは、たいてい、高められた耐腐食性を提供することができる。ペーストは、一般的にインクよりも高い粘度、例えば５０ｍＰａ・ｓ超、好適には１Ｐａ・ｓ超の粘度を有している。例えばＰＥＤＯＴ：ＰＳＳは、インクとして製造することもできるし、ペーストとしても製造することもできる。このことは、例えば溶媒の量、一例として水またはイソプロパノールの量を介して調整可能である。

中空ニードルを送る際に、中空ニードルと導体路との間の間隔に応じた少なくとも１つの測定量が測定され、これによって、板の方向への中空ニードルの送り深さが制限されると、導体路との接触接続をさらに改善することができる。これによって、コーティング厚さの変化時でさえ切欠きの深さを特に正確に規定しかつ調整することができる。これによっても、やはり方法の再現可能性を高めることができる。

例えば、中空ニードルと導体路との間の複数の誘電率のうちの１つの誘電率に応じた測定量が測定されると、送り深さを再現可能に調整することができる。

代替的には、渦電流原理に応じた測定量を測定することにより、送り深さを調整することが可能である。

また、誘電式の測定原理に応じた測定量を測定することにより、送り深さを正確に調整することもできる。

中空ニードルが電気的な絶縁層を突き通すと、コーティングの押退けによって、粘性材料の硬化もしくは乾燥によるコンタクト素子の万が一の収縮時でさえ、コンタクト素子の正確な位置固定を確保し続けることができる。

中空ニードルが、電気的な導体路の、板に向けられた導体面にまで送られると、導体路との抵抗の少ない接触接続を達成することができる。これによって、方法の再現可能性をさらに高めることができる。

粘性材料が乾燥かつ／または硬化させられ、これによって、不動のコンタクト素子が形成されると、安定した電気的な接続コンタクトを形成することができる。
材料の硬化および／または乾燥は、供給直後にアクティブまたはパッシブに行うことができる。パッシブな硬化、例えば銀ペーストでは、この銀ペーストが空気で硬化かつ／または乾燥させられる。このことは、アクティブに加速させられない。このような方法ステップは比較的簡単にハンドリングすることができる。これによって、方法の再現可能性を高めることができる。好ましくは、ペースト状の粘性材料、つまり、ペーストでは、パッシブな硬化および／または乾燥が実施される。なぜならば、ペーストは、例えば電気的な絶縁層の戻りおよび／または流れによる切欠きにおける望ましくない形状変化に対して抵抗性を有しているからである。

アクティブな硬化および／または乾燥は、供給された伝導性のペーストへのＵＶ照射または供給された伝導性のペーストの加熱によって行うことができる。とりわけ低粘度のインクの場合には、アクティブな硬化が有利である。この場合、例えば供給直後かつ／または中空ニードルの引戻し中に粘性材料にＵＶ光線を供給することができる。このようなアクティブな硬化および／または乾燥は、特に低粘度の材料、例えばインクの場合に提供される。なぜならば、このインクは、切欠きにおける望ましくない形状変化に対して特に抵抗性を有していないからである。
代替的には、例えば赤外ランプフィールドでの熱処理を、特に０．５秒〜１００秒間、好適には５秒〜６０秒間に４０℃〜１５０℃、好適には６０℃〜１００℃で行うことができ、これによって、硬化を加速させることができる。

粘性材料を供給する前に、この粘性材料が中空ニードル内で予備乾燥かつ／または予備硬化させられると、このことをコンタクト素子の形状精度に役立たせることができる。このような「インサイチュ」硬化は、例えば電気化学的に行うことができる。この場合には、導体路に設けられたコンタクト箇所を介して中空ニードルに向かって電気的なエネルギを伝達することが可能である。これによって、粘性材料を硬化のために、例えば化学反応で励起させることができる。さらに、この電気的な励起を中空ニードル自体に行うことが可能である。有利には、これによって、電流の調整を介して硬化反応の速度を直接的にかつ比較的簡単に制御することができる。

粘性材料が内側から外側に向かって増大する硬さを有するように、粘性材料が予備乾燥かつ／または予備硬化させられると、コンタクト素子の形状精度をさらに改善することができる。さらに、この硬化は、境界面において方法をますます効率よくすると共に再現可能にし、供給されたペーストの形状安定性もさらに高めることができる。これに加えて、このような予備乾燥および／または予備硬化は、切欠きとコンタクト素子との間にクリアランスを提供することができる。このキャビティ内には、場合により、電子的／電気的な構成要素／部材または別種の材料を設けることができる。

導体路の方向に送られる中空ニードルによって切欠きを形成する際に、中空ニードルのヘッドに設けられた開口が閉鎖されていると、中空通路内に不純物が侵入することを阻止することができる。これによって、切欠きから中空ニードルを引き戻す際に、中空ニードルのヘッドに設けられた開口が開放し、これによって、この開口を介して導電性の粘性材料が切欠き内に供給されることにより、価値の高いコンタクト素子を再現可能に形成することができる。

さらに、本発明は、コーティングされた板に電気的な接続コンタクトを安定的に製作することができる装置を提供するという課題を立てている。

本発明は、少なくとも１つの中空ニードルを備えており、この中空ニードルが、粘性材料を収容していて、中空ニードルに対する間隔に応じた少なくとも１つの測定量を検出するための少なくとも１つのセンサを有していることによって、前述した課題を解決する。

中空ニードルが粘性材料を収容していて、中空ニードルが、この中空ニードルに対する間隔に応じた少なくとも１つの測定量を検出するための少なくとも１つのセンサを有していると、電気的な接続コンタクトを高い信頼性で作製することができる比較的簡単に構成された手段を提供することができる。中空ニードルに対する間隔に応じたこの測定量は、例えば、中空ニードルと導体路との間の間隔、中空ニードルと板との間の間隔等に関連していてよい。

装置が、複数の電気的な接続コンタクトを一緒に形成するために、並行してガイドされる複数の中空ニードルを有していると、コーティングされた板への電気的な接続コンタクトの製作の点で方法迅速な装置を提供することができる。

中空ニードルが、そのヘッドに設けられた開口にクロージャノズルを有していると、切欠きを形成するために中空ニードルを送る際に、中空ニードルの前方での材料、例えば絶縁層の十分な押退けを確保することができる。例えば、これによって、中空ニードルの中空ニードル通路内への材料の侵入も阻止することができ、導電性の粘性材料に害が及んでしまうことも回避することができる。これによって、電気的な接続コンタクトの安定した製作が可能となる。さらに、クロージャノズルの弁要素が、ヘッドに設けられた開口を開閉するために、可動に中空ニードル通路内に配置されていると、ヘッドに設けられたクロージャノズルにもかかわらず、中空ニードルが細長い寸法を満たすことができ、ひいては、中空ニードルの送りを容易にすることができる。

図面には、本発明に係る方法の方法ステップが例示してある。
コーティングされた板と、この板のコーティング内に押し込まれた第１の実施例による中空ニードルとの断面図である。 図１に示した板と、引き戻された中空ニードルとの断面図である。 図１に示した板と、接続コンタクトとの断面図である。 図１に示した中空ニードルの抜粋した拡大断面図である。 第２の実施例による中空ニードルを示す図である。 第２の実施例による中空ニードルを示す図である。

発明を実施するための形態
図１、図２および図３によれば、特に鋼材料から成る板１、好ましくは薄板が示してある。この板１はコーティング２を備えている。このコーティング２は、板１に塗布された下塗り３、例えばプライマーと、この下塗りに設けられた電気的な導体路４と、この導体路４を外部に対して被覆する電気的な絶縁層５、例えば被覆塗料とから成っている。

さらに、図３には、導体路４を電気的に接続することができる電気的な接続コンタクト６を認めることができる。この電気的な接続コンタクト６は、導電性のコンタクト素子７によって形成される。このためには、このコンタクト素子７が、電気的な絶縁層５に設けられた切欠き８を通って電気的な導体路４にまで突出していて、したがって、この導体路４に接触接続している。これによって、コンタクト素子７が一方の第１の端部７．１で導体路４に電気的に接続されている。このとき、コンタクト素子７は他方の第２の端部７．２に電気的な接続コンタクト６を形成している。

本発明によれば、切欠き８が特別な形式で、つまり、導体路４の方向９に送られる中空ニードル１０によって形成される。このことは、図１および図２において第１の実施例により認めることができる。

図２〜図４に示した中空ニードル１０の代わりに、図５ａ、図５ｂにより示した中空ニードル１１０が使用されてもよい。このことは一般的に述べられる。

図１に相応して、中空ニードル１０がコーティング２内に押し込まれている。図２によれば、この中空ニードル１０はすでに導体路４にまで送られて示してある。

中空ニードル１０のこの挿入によって、特に正確に延びる切欠き８がコーティング２もしくは電気的な絶縁層５に形成される。
中空ニードル１０を切欠き８から引き戻す際に、中空ニードル１０がこの切欠き８内に導電性の粘性材料１１、つまり、ペーストを供給する。この粘性材料１１は、例えば材料１１の硬化および／または乾燥等によって切欠き８内に不動のコンタクト素子７を形成する。中空ニードル１０の引き戻された位置は図３に示してある。
中空ニードル１０は比較的簡単にハンドリング可能であり、正確に延びる切欠き８によって、電気的な接続コンタクト６に対する位置適正なコンタクト素子７を、コーティングされた板１に形成することもできるので、本発明は、先行技術に比べて高い再現可能性の点で優れている。

さらに、中空ニードル１０による切欠き８の提供および中空ニードル１０を引き戻す際のこの切欠き８内への伝導性の粘性材料１１の供給において、方法は連続的に実行することができる。これによって、方法が加速させられ、また、より効率よく行われる。

コーティング２内への中空ニードル１０の押込み深さは、中空ニードル１０の送り９を閉ループ制御／開ループ制御する制御装置１２によって調整される。このためには、この制御装置１２に測定装置１３が対応配置されている。この測定装置１３は、中空ニードル１０と板１との間の複数の誘電率のうちの１つの誘電率に応じた測定量１４を制御装置１２に伝送する。この測定、例えば、中空ニードル１０の導電性の周壁１０．１をセンサ１９．１として使用する容量測定であってよい測定を介して、板１からの中空ニードル尖端の間隔を求めることができる。これによって、板１の方向への中空ニードル１０の送り深さを制限することができるかもしくは正確に調整することができる。

図４に示した中空ニードル１０の、この容量式に作用する第１のセンサ１９．１に対して代替的または付加的には、中空ニードル１０に付属の誘導式のかつ／または渦電流原理に従って作用するセンサ１９．２，１９．３も可能である。このセンサ１９．２，１９．３は図４に概略的に認めることができ、これによって、間隔測定を高い信頼度で行うことができる。
このためには、図４に示した中空ニードル１０が、第２のセンサ１９．２としての第１の電気的なコイル２０を有している。この第１のコイル２０は、中空ニードル１０の周壁１０．１に外側で取り付けられている。この第１のコイル２０によって、導体路および／または板に渦電流が発生させられる。第１のコイル２０のインピーダンスの変化に基づき、上側に位置する導体路４による板１の電磁的な遮蔽量を検知することができ、この結果、導体路４に対する中空ニードル１０の間隔を推測することができる。
代替的または付加的には、中空ニードル１０が、周壁１０．１に外側で設けられた第３のセンサ１９．３としての第２の電気的なコイル２１を有することができる。この測定方法では、第１のコイル２０が、磁界を発生させるために働く。第２のコイル２１によって、第１のコイル２０により発生させられた磁束に比例する電圧が測定される。コーティング２内に埋め込まれた導体路４によって磁束の変化が生じるので、第２のコイル２１における電圧に基づき、隠された導体路を発見することができ、また、導体路４に対する中空ニードル１０の間隔を算出することもできる。

図１および図２に認めることができるように、切欠き８を形成するために、中空ニードル１０が電気的な絶縁層５を突き通している。しかしながら、切欠き８を形成するために、中空ニードル１０が切削法を使用することも可能である。このためには、中空ニードル１０が、例えばスローアウェイチップの少なくとも１つの刃（図示せず）を有することができる。この刃（図示せず）は、図４または図５ａによれば、電気的な絶縁層５を切削加工するために、中空ニードル１０の周壁１０．１および／またはヘッド１０．２に設けることができる。

より少ない抵抗を有する確実な電気的なコンタクトは、中空ニードル１０が、電気的な導体路４の、板１に向けられた導体面４．１にまで送られることにより提供される。

粘性材料１１は放射線源１５、つまり、ＵＶランプによって硬化させられる。これによって、不動のひいては形状安定性を有するコンタクト素子７が形成される。代替的または付加的には、ＵＶランプに対して、熱的な熱源、例えばＩＲランプフィールドを設けることができる。粘性材料１１の固化（例えば：乾燥、硬化、化学的な架橋等）は、切欠き８内への粘性材料１１の供給中かつ／または供給後に行うことができる。また、粘性材料１１の固化を、電気的な接続コンタクト６の製作に続く方法ステップにおいて行うことも可能である。

さらに、図４に詳細に認めることができるように、粘性材料１１を供給する前に、この粘性材料１１が中空ニードル１０内で予備固化される、つまり、架橋によって予備硬化させられる。このためには、中空ニードル１０が、内側に位置するように周壁１０．１に電気的に絶縁性のコーティング１７を有している。さらに、中空ニードル１０内には、中心に電極１８、例えばＰｔワイヤが設けられている。この電極１８は、対応電極としての導電性の周壁１０．１と協働し、これによって、両電極の間に電気的なエネルギを加えたときに、粘性材料１１に化学的な硬化反応（例えば重合）が励起される。これによって、切欠き８内への供給前にすでに、粘性材料１１のインサイチュ硬化を行うことができる。これによって、特に粘性材料１１が内側から外側に向かって増大する硬さを有するように、この材料１１を予備乾燥かつ／または予備硬化させることができる。

さらに、図１には、複数の電気的な接続コンタクト６を並行して製作するための装置２２を概略的に認めることができる。この実施の形態では、この装置２２によって複数の中空ニードル１０が並行してガイドされ、しかも、それぞれ等しい送り９でもってガイドされる。中空ニードル１０は、例えば相前後してかつ相並んで互いに間隔を置いて板１に対して位置決めされていて、これによって、例えば電気的なインタフェース（図示せず）の接続コンタクト６を提供することができる。このことは、簡単にハンドリング可能なかつ効率のよい形式で方法迅速にインタフェースを提供することができる。

一般的にさらに述べると、中空ニードルの形状は鈍角であってもよいし、鋭角に先細っていてもよい。鈍角での押込み時には、電気的な絶縁層が可能な限り少ない負荷にさらされる。これに対して、鋭角に先細っている形状では、押込み力を減少させることができる。さらに、鈍角の形状では、測定データの検出を容易にすることができ、ひいては、方法をより正確に行うことができる。

図５ａおよび図５ｂに認めることができるように、第２の実施の形態によれば、中空ニードル１１０がヘッド１０．２にクロージャノズル１６を有している。このクロージャノズル１６は、中空ニードル１１０のヘッド１０．２に設けられた開口１０．３を開閉するために働く。このことは、クロージャノズル１６のプランジャ状の弁要素１６．１によって可能となる。この弁要素１６．１は、線形に可動に中空ニードル通路１０．４内に配置されている。クロージャノズル１６の閉鎖時には、弁要素１６．１が、ヘッド１０．２に設けられた開口１０．３を嵌合した状態で閉鎖しており、クロージャノズル１６の開放時には、弁要素１６．１が、開口１０．３に対して元に戻されていて、これによって、導電性の粘性材料１１のための通流路を開放している。このことは、中空ニードル１１０もしくは中空ニードル１１０の導電性の粘性材料１１の内部汚染を阻止している。このことは、例えば、切欠き８を形成するために、中空ニードル１１０が材料を貫いて送られる場合。したがって、本発明による中空ニードル１１０によって、価値の高い電気的な接続コンタクト６が常に得られる。このことは、方法の安定性を特に高める。

Claims (15)

1. コーティングされた板（１）に電気的な接続コンタクト（６）を製作するための方法であって、前記板（１）のコーティング（２）が、電気的な絶縁層（５）により被覆された少なくとも１つの電気的な導体路（４）を含んでおり、前記方法において、前記電気的な絶縁層（５）を貫いて少なくとも前記電気的な導体路（４）にまで切欠き（８）を形成し、該切欠き（８）内に、一方の端部（７．２）で前記導体路（４）に電気的に接続しかつ他方の端部（７．１）に前記電気的な接続コンタクト（６）を形成する導電性のコンタクト素子（７）を設ける、方法において、
   前記切欠き（８）を、前記導体路（４）の方向に送られる中空ニードル（１０）によって形成し、該中空ニードル（１０）を前記切欠き（８）から引き戻す際に、前記中空ニードル（１０）によって前記切欠き（８）内に導電性の粘性材料（１１）を供給し、これによって、前記コンタクト素子（７）を形成することを特徴とする、方法。
2. 粘性材料（１１）としてペーストまたはインクを供給することを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. 前記中空ニードル（１０）を送る際に、中空ニードル（１０）と導体路（４）との間の間隔に応じた少なくとも１つの測定量（１４）を測定し、これによって、前記板（１）の方向への前記中空ニードル（１０）の送り深さを制限することを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
4. 中空ニードル（１０）と導体路（４）との間の複数の誘電率のうちの１つの誘電率に応じた測定量（１４）を測定することを特徴とする、請求項３記載の方法。
5. 渦電流原理に応じた測定量（１４）を測定することを特徴とする、請求項３記載の方法。
6. 誘電式の測定原理に応じた測定量（１４）を測定することを特徴とする、請求項３記載の方法。
7. 前記中空ニードル（１０）によって前記電気的な絶縁層（５）を突き通すことを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 前記中空ニードル（１０）を、前記電気的な導体路（４）の、前記板（１）に向けられた導体面（４．１）にまで送ることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 前記粘性材料（１１）を乾燥かつ／または硬化させ、これによって、不動のコンタクト素子（７）を形成することを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
10. 前記粘性材料（１１）を供給する前に、該粘性材料（１１）を前記中空ニードル（１０）内で予備乾燥かつ／または予備硬化させることを特徴とする、請求項９記載の方法。
11. 前記粘性材料（１１）が内側から外側に向かって増大する硬さを有するように、粘性材料（１１）を予備乾燥かつ／または予備硬化させることを特徴とする、請求項１０記載の方法。
12. 前記導体路（４）の方向に送られる前記中空ニードル（１０）によって前記切欠き（８）を形成する際に、前記中空ニードル（１０）のヘッド（１０．２）に設けられた開口（１０．３）を閉鎖し、前記切欠き（８）から前記中空ニードル（１０）を引き戻す際に、前記中空ニードル（１０）の前記ヘッド（１０．２）に設けられた前記開口（１０．３）を開放し、これによって、該開口（１０．３）を介して前記導電性の粘性材料（１１）を前記切欠き（８）内に供給して、前記コンタクト素子（７）を形成することを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。
13. 請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法を実施するための装置であって、少なくとも１つの中空ニードル（１０）を備えており、該中空ニードル（１０）が、粘性材料（１１）を収容していて、前記中空ニードル（１０）に対する間隔に応じた少なくとも１つの測定量（１４）を検出するための少なくとも１つのセンサ（１９．１，１９．２，１９．３）を有している、装置。
14. 前記装置（２２）が、複数の電気的な接続コンタクト（６）を一緒に形成するために、並行してガイドされる複数の中空ニードル（１０）を有していることを特徴とする、請求項１３記載の装置。
15. 前記中空ニードル（１０）が、そのヘッド（１０．２）に設けられた開口（１０．３）にクロージャノズル（１６）を有しており、該クロージャノズル（１６）の弁要素（１６．１）が、前記ヘッド（１０．２）に設けられた前記開口（１０．３）を開閉するために、可動に中空ニードル通路（１０．４）内に配置されていることを特徴とする、請求項１３または１４記載の装置。

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