WO2007101688A1 - Verfahren zur herstellung mindestens einer elektrisch leitenden struktur sowie elektrisch leitende struktur - Google Patents

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WO2007101688A1
WO2007101688A1 PCT/EP2007/002012 EP2007002012W WO2007101688A1 WO 2007101688 A1 WO2007101688 A1 WO 2007101688A1 EP 2007002012 W EP2007002012 W EP 2007002012W WO 2007101688 A1 WO2007101688 A1 WO 2007101688A1
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electrically conductive
conductive layer
layer
gap
etching
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PCT/EP2007/002012
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Heinrich Wild
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Leonhard Kurz Stiftung & Co. Kg
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    • H05K3/061—Etching masks

Definitions

  • the invention relates to a method for producing at least one electrically conductive structure comprising the steps of providing a strip of material which comprises at least one electrically conductive layer with a layer thickness D, and punching the at least one electrically conductive layer, wherein in the at least one electrically conductive layer perpendicular to a plane defined by the electrically conductive layer, at least one gap having a height H is formed, the course of which in the plane determines the contour of the at least one electrically conductive structure. Furthermore, the invention relates to an electrically conductive structure formed by this method.
  • Such a method is known from WO 98/56019 which discloses a method for producing a coil for a transponder. describes. The turns of the coil are punched from a conductive layer disposed on a dielectric substrate. In order to avoid short circuits in the region of the generated discontinuities in the conductive layer, which may result from springback of the stamped material, as soon as the punching tool is pulled out of the cut, glue or paint is filled in the punctured breaks. US Pat. No. 6,543,130 likewise describes the production of electrical conductor structures from a conductive layer. The conductive layer is applied to a substrate material, in particular a plastic film, laminated with this and then fed to a cutting station.
  • a cutting cylinder cuts through the conductive layer in accordance with the contours of the desired electrical conductor structure, wherein the section may possibly also extend slightly into the substrate material. Portions of the conductive layer that do not form a conductor pattern are eventually removed and the cut edges of the conductor patterns are smoothed in a press.
  • DE 100 16 037 B4 describes a method for producing a label or a transponder unit which contains a coil or an antenna.
  • the coil or antenna shape is made by stamping from an electrically conductive foil, wherein the electrically conductive foil consists of a soft, inelastic material.
  • the foil is completely severed by the punching tool, whereby the distance between the edges of the electrically conductive foil brought about by the punching is maintained after removal of the punching tool due to the special shape of the punching tool.
  • the structuring is done either mechanically, for example by means of a machining process such as milling, or by means of a chemically assisted material removal such as etching.
  • a masking of the electrically conductive layer if appropriate using photoresists, connected to the subsequent etching process.
  • Additiwerfahren for producing electrically conductive structures such as electroplating, which also work with the aid of masks or with the help of addition layers.
  • production processes are known in which conductive paints or electrically conductive formulations are printed in structured form on a support.
  • US Pat. No. 6,038,837 describes a combined method for the production of metallic structures in which a surface relief is impressed on a metal strip in order to form thin and thick areas therein. Subsequently, metal is removed from the entire metal strip by means of an etching process until the thin areas are removed, but the thick areas are still present.
  • a method for producing at least one electrically conductive structure comprises the following steps: providing a strip of material which has at least one electrically conductive one
  • the at least one gap is formed such that the height H of the gap is less than or equal to the layer thickness D of the at least one electrically conductive layer, and that
  • the at least one electrically conductive layer is etched, such that the at least one electrically conductive layer is severed in the region of the at least one gap and the gap is widened.
  • the method according to the invention provides an economical, environmentally friendly and production-safe etch-assisted punching method which, in addition to a very high process speeds, has the further advantage that significantly less expensive, simply shaped punching tools can be used and, moreover, by the conventional punching method to the achievable conductor structures limited to the millimeter range below one millimeter. Thus, areas up to 800 ⁇ m can also be achieved with ductile materials (for example aluminum, copper).
  • the inventive method which can be carried out in particular continuously, can be carried out with conventional punching machines, standard tools and etching equipment, which can be modified inexpensively and without great technical effort.
  • the punching is followed, in particular directly, by an etching process adapted to the respective electrically conductive material of the electrically conductive layer.
  • a surface activation of the stamped electrically conductive structure takes place at the same time, at least in regions, after impurities or oxide layers possibly present on the surface of the electrically conductive layer due to the etching process are removed.
  • a subsequent in-line process step such as a bonding method for electrically connecting the electrically conductive structure with a chip, a bonding method in which a conductive adhesive is applied 1 , or a soldering process. Due to the surface activation, there are significant advantages in terms of the achievable adhesion and quality of the electrical contact.
  • the punching tool used here is preferably a tool which forms a punching gap in the strip of material whose width-to-depth ratio, i. whose maximum width to maximum depth is less than or equal to 1.
  • the electrically conductive layer is thus provided with gaps or punched cuts on only one side, while the opposite surface is not impaired and ensures sufficient tensile strength of the electrically conductive layer for the subsequent etching treatment.
  • both sides of the electrically conductive layer can be punched, wherein the electrically conductive layer but according to the invention is not completely severed at any point.
  • the etching takes place on at least the first side of the at least one electrically conductive layer, which has the at least one gap. In particular, it has proven useful if the etching takes place only on the side of the at least one electrically conductive layer which has the at least one gap, after the etching in the region of the at least one gap in comparison to the remaining surface of the electrically conductive layer, as already described above, is particularly effective.
  • the height H of the gap in the electrically conductive layer should be chosen so that the tear strength of the material strip after punching is still sufficiently high in order to be able to carry out the subsequent etching step without problems.
  • the height H of the at least one gap in the electrically conductive layer which by the way is not in each case equivalent to the total height of the gap, is preferably chosen such that the equation 0.5 D ⁇ H ⁇ D and in particular the equation 0.9 D ⁇ H ⁇ D is satisfied. It has proved to be particularly advantageous in this case if the height H of the at least one gap in the electrically conductive layer is selected such that, moreover, the equation H ⁇ 0.99 D is satisfied.
  • the at least one electrically conductive layer is at least partially covered with an etching resist layer before punching.
  • the ⁇ tzresist Anlagen should prevent etching of the electrically conductive layer, especially in larger areas, on one or both sides of the electrically conductive layer, so that the material removal and thus the amount of waste and the associated disposal and recovery costs are reduced. In particular, this also increases a service life of an etchant, so that the costs can also be reduced here. This means that almost exclusively only the punching line surface is to be etched until electrical separation. Furthermore, it has proven to be advantageous if the ⁇ tzresist Mrs (s) is severed locally during punching / are.
  • the at least one formed gap thus extends through the entire thickness of the respective etching resist layer and additionally, preferably with a height H, still into the electrically conductive layer.
  • subsequent etching which preferably takes place from the side of the etching resist layer (s) only the regions of the electrically conductive layer which limit the at least one gap and where the electrically conductive layer is not shielded by the etching resist layer are etched.
  • the strip of material comprises, in addition to the at least one electrically conductive layer, at least one further layer on which the at least one electrically conductive layer is arranged in regions or over the entire surface and which Support for the at least one formed electrically conductive structure, optionally already for the electrically conductive layer, acts. If an etching resist layer is provided on the electrically conductive layer, the etching resist layer is arranged on the side of the at least one electrically conductive layer which faces away from the at least one further layer.
  • the at least one further layer increases the tear strength of the material strip, fixes the position of the singulated electrically conductive structures to one another and in particular simplifies a continuous process control for the method according to the invention, for example in a roll-to-roll process.
  • the at least one further layer is chosen such that it has a different etching behavior during the etching in comparison to the at least one electrically conductive layer.
  • the at least one further layer is selected such that it is used in the Etching the electrically conductive layer is not or not attacked substantially.
  • the at least one further layer is formed from a thin, flexible film, which is preferably formed from polyethylene naphthalate, polyester, polyimide, polypropylene, BOPP, polyethylene, polyamide.
  • the at least one further layer can also be formed from two or more different layers, such as plastic layers, paper layers, metal layers, etc., which are glued or laminated together, for example.
  • a layer thickness in the range of 12 microns to 500 microns for the at least one further layer has been proven.
  • the at least one electrically conductive layer has a layer thickness D in the range of 5 ⁇ m to 50 ⁇ m. These layer thicknesses are particularly advantageous when the at least one electrically conductive layer is to be processed without a further layer acting as a carrier.
  • the electrically conductive layer is formed here by a metal foil, optionally with further electrically conductive layers applied thereon. Further electrically conductive layers may be formed by sputtering, vapor deposition, electrodeposition or the like.
  • At least one electrically conductive layer but also a layer thickness D in the range of 0.5 .mu.m to 5 .mu.m has been proven. These layer thicknesses are particularly advantageous when the at least one electrically conductive layer is to be processed together with another layer which acts as a carrier.
  • Non-self-supporting electrically conductive layers are preferably through formed common PVD or CVD method, electrodeposition, printing or the like.
  • the further layer is preferably a flexible plastic film with a layer thickness between 12 and 500 ⁇ m.
  • the at least one electrically conductive layer is formed from metal or a metal alloy.
  • metal or a metal alloy are copper, aluminum, nickel, tin, silver, gold, zinc and their alloys.
  • the etching is preferably carried out by wet etching.
  • the wet etching is preferably carried out by means of alkaline etching solutions (sodium hydroxide solution, potassium hydroxide solution) or acidic etching solutions (iron chloride solutions, hydrochloric acid, sulfuric acid or complex-forming solutions (ammoniacal solutions, cyanide solutions, chelating agents).
  • alkaline etching solutions sodium hydroxide solution, potassium hydroxide solution
  • acidic etching solutions iron chloride solutions, hydrochloric acid, sulfuric acid or complex-forming solutions (ammoniacal solutions, cyanide solutions, chelating agents).
  • the etching is carried out by means of a spray etching process in which the etching solution is sprayed onto the material strip in a targeted manner in the region of the gap produced by punching.
  • the material strip is processed in a continuous or quasi-continuous process.
  • a quasi-continuous process is In this case, a processing of individual strips of material, which are processed in series one after another and fed without intermediate storage to the successive process steps of the method, understood.
  • a continuous process is understood as one in which the strip of material is designed to be flexible and band-shaped and is fed without intermediate storage to the successive process steps of the process, in particular in a roll-to-roll process.
  • the inventive method is particularly suitable for the production of electrically conductive structures in the form of printed conductors, for example for printed circuit boards, for the formation of antennas, for example for RFID systems, simple electrical switching elements, shielding elements, etc.
  • the individual, mutually adjacent and produced by the method according to the invention electrically conductive structures, viewed perpendicular to the plane of the electrically conductive layer, preferably 50 microns to 2000 microns apart.
  • An electrically conductive structure which is formed by the method according to the invention, is designed in particular as an antenna. It has surprisingly been found that with the inventive method, ie with a removal of the electrically conductive layer only in extremely narrow areas or small line widths, functional antennas can be produced. These are particularly suitable for RFID transponders, with a Antenna frequency in the range of 1 MHz to 1000 MHz, in particular 13.56 MHz is preferred.
  • FIGS. 1a to 3 are intended to illustrate some methods according to the invention by way of example. To show
  • FIG. 3 shows the schematic sequence of a third invention
  • FIG. 1a shows a material strip 1 in cross section, which is formed from an electrically conductive layer 2 made of aluminum and a further layer 3 made of PET.
  • the electrically conductive layer 2 has a layer thickness D of 50 ⁇ m, while the further layer 3 has a thickness of 0.5 mm.
  • FIG. 1a furthermore shows schematically a punching tool 10 for punching the material strip 1 on the side of the electrically conductive layer 2 in cross section.
  • FIG. 1 b shows the punching tool 10 of FIG. 1 a when punching the electrically conductive layer 2.
  • FIG. 1 c shows the punching tool 10 removed again from the electrically conductive layer 2 after punching, which is in the electrically conductive layer 2 a gap 4a, which forms a contour for electrically conductive structures 5 (see FIG. 1e) in plan view of the strip of material 1 -therefore not recognizable.
  • the gap 4a is introduced perpendicular to a plane spanned by the electrically conductive layer 2 level in the electrically conductive layer 2 and has in the electrically conductive layer 2, a height H of 48 microns to 49 microns.
  • the electrically conductive layer 2 After the electrically conductive layer 2 has a layer thickness of 50 .mu.m, remain below the gap 4a in the direction of the further layer 3 of PET still 1 to 2 microns from the electrically conductive layer 2.
  • the electrically conductive layer 2 thus still covers the other layer everywhere 3.
  • the stamped strip of material 1 is immersed in an etching bath of .Natron or potassium hydroxide solution and the electrically conductive layer 2 etched.
  • the etching bath is designed as Sprühigerbad advantageous.
  • the removal of material takes place in the region of the gap 4a at an increased speed in comparison to the non-punched surface areas of the electrically conductive layer 2 after activated surfaces in the gap 4a are present without impurities or oxide layer.
  • the etching is continued until a separation of the electrically conductive layer 2 in the region of the gap 4a is achieved. This can be monitored for example by a füricosky Republic or transmission measurement.
  • the material strip 1 is rinsed and dried as usual in such a process.
  • FIG. 1d shows the material strip 1 after the etching in cross-section A - A ' (see FIG. 1e). It can be seen that the electrically conductive layer 2 is severed in the region of the gap 4b modified by etching, which was predetermined by the stamped gap 4a in its position, the further layer 3 being exposed in the region of the gap 4b modified by etching.
  • the gap 4b modified by etching encloses the electrically conductive structures 5-viewed in plan view on the material strip 1 (see FIG. 1e).
  • FIG. 1e shows a plan view of the etched strip of material 1 according to FIG. 1d.
  • the electrically conductive layer 2 can be seen, from which electrically conductive structures 5 have been formed.
  • the electrically conductive structures 5 are each surrounded by the gap 4b modified by etching. Through the gap 4b changed by means of etching, the further layer 3 can be seen below the electrically conductive layer 2.
  • the electrically conductive structures 5 can now be provided with bonding wires, coated with conductive adhesive or provided with solder to connect chips or other electronic components with it. This can take place on the strip of material 1 present after the etching, but the strip of material 1 can also have previously been divided into sections.
  • FIGS. 2a to 2e show a similar process flow to FIGS. 1a to 1e, although an etching resist layer 6 is arranged in regions on the electrically conductive layer 2.
  • FIG. 2 a shows the material strip 1 in cross-section, which is formed from an electrically conductive layer 2 made of copper, partially covered by the etching resist layer 6, and a further layer 3 made of polyester.
  • the electrically conductive layer 2 has a layer thickness D of 25 ⁇ m, while the further layer 3 has a thickness of 50 ⁇ m.
  • FIG. 2 a further schematically shows the punching tool 10 for punching the material strip 1 from the side of the etching resist layer 6 in cross section.
  • FIG. 2 b shows the punching tool 10 from FIG. 2 a when punching the etching resist layer 6 and the electrically conductive layer 2.
  • FIG. 2 c shows the punching tool 10 removed again from the etching resist layer 6 and the electrically conductive layer 2 after stamping according to FIG in which the etching resist layer 6 and the electrically conductive layer 2 have a gap 4a, which in Top view of the strip of material 1 - not visible here - a contour for electrically conductive structures 5 (see Figure 2e) pretends.
  • the gap 4a is introduced into the etching resist layer 6 and the electrically conductive layer 2 perpendicular to a plane defined by the electrically conductive layer 2 and has a height H of 23 ⁇ m to 24 ⁇ m in the electrically conductive layer 2.
  • the electrically conductive layer 2 has a layer thickness of 25 microns, remain below the gap 4a in the direction of the other layer 3 of polyester still 1 to 2 microns from the electrically conductive layer 2.
  • the electrically conductive layer 2 thus still covers the other layer everywhere 3.
  • the punched strip of material 1 is passed through a Sprühigerbad of hydrochloric iron (III) chloride solution and the electrically conductive layer 2 etched.
  • FIG. 2d shows the material strip 1 after the etching in cross section B - B ' (see FIG. 2e). It can be seen that the electrically conductive layer 2 is severed in the region of the gap 4b modified by etching, which was predetermined by the stamped gap 4a in its position, the further layer 3 being exposed in the region of the gap 4b modified by etching.
  • the etching-changed gap 4b encloses - seen in the plan view of the material strip 1 (see Figure 2e) - the electrically conductive structures. 5
  • FIG. 2e shows a plan view of the etched material strip 1 according to FIG. 2d.
  • the etch resist layer 6 and regions of the electrically conductive layer 2 can be seen from which electrically conductive structures 5 have been formed.
  • the electrically conductive structures 5 are each surrounded by the gap 4 b modified by etching and partially covered by the etching resist layer 6. Through the gap 4b changed by means of etching, the further layer 3 can be seen below the electrically conductive layer 2.
  • the electrically conductive structures 5 can now be provided with bonding wires in the regions in which the electrically conductive layer 2 is not covered by the etching resist layer 6, coated with conductive adhesive or provided with solder in order to connect chips or other electronic components to it. This can take place on the strip of material 1 present after the etching, but the strip of material 1 can also have previously been divided into sections.
  • the ⁇ tzresist für 6 may have been previously removed from the strip of material 1.
  • FIG. 3 shows the implementation of a method according to the invention in a roll-to-roll process.
  • an electrically conductive layer 2 in the form of an aluminum foil is withdrawn from a supply roll 100, a further layer 3 of PET is drawn off from a further supply roll 101 and brought together in a station 102 by lamination to form a material strip 1.
  • the strip of material 1 is transported into an optionally present station 103, in which a cleaning of the surface of the electrically conductive layer 2 and / or an order of another electrically conductive layer and / or an order of ⁇ tzresist für on the, optionally cleaned, surface of the electrically conductive Layer 2 takes place.
  • the material strip 1 is transported to a station 104, in which the material strip is punched.
  • rotary punches with an insulator unit are preferably used in order to be able to carry out rapid register-regulated punching processes.
  • the strip of material 1 is transported to a station 105, in which the etching is carried out.
  • the etching is carried out.
  • wet-chemically etched also the rinsing of the strip of material to remove any etchant residues, as well as drying.
  • the etched strip of material 1 is then wound onto a further supply roll 106.
  • the material strip 1 may also be coated or laminated after the station 105 with further layers and / or be equipped with components and / or cut.
  • a plurality of different electrically conductive structures can be produced by the person skilled in the art, wherein the method according to the invention can also be performed several times on a material strip, optionally after applying further layer layers to the already formed electrically conductive structures. Accordingly, not only two-dimensional electrically conductive structures but also three-dimensional electrically conductive structures can be realized quickly and inexpensively by means of sandwich-type multilayer structure or multiple application of the method according to the invention.

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Abstract

Es wird ein neues Verfahren zur Herstellung mindestens einer elektrisch leitenden Struktur beschrieben, das folgende Schritte umfasst: - Bereitstellen eines Materialstreifens, welcher mindestens eine elektrisch leitende Schicht mit einer Schichtdicke D umfasst, und - Stanzen der mindestens einen elektrisch leitenden Schicht, wobei in der mindestens einen elektrisch leitenden Schicht senkrecht zu einer von der elektrisch leitenden Schicht aufgespannten Ebene mindestens ein Spalt mit einer Höhe H ausgebildet wird, dessen Verlauf in der Ebene die Kontur der mindestens einen elektrisch leitenden Struktur bestimmt, wobei - der mindestens eine Spalt derart ausgebildet wird, dass die Höhe H des Spalts geringer oder gleich der Schichtdicke D der mindestens einen elektrisch leitenden Schicht ist, und dass - anschließend die mindestens eine elektrisch leitende Schicht geätzt wird, derart dass die mindestens eine elektrisch leitende Schicht im Bereich des mindestens einen Spalts durchtrennt wird.

Description

Verfahren zur Herstellung mindestens einer elektrisch leitenden Struktur sowie elektrisch leitende Struktur
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung mindestens einer elektrisch leitenden Struktur umfassend die Schritte des Bereitsteilens eines Materialstreifens, welcher mindestens eine elektrisch leitende Schicht mit einer Schichtdicke D umfasst, und des Stanzens der mindestens einen elektrisch leitenden Schicht, wobei in der mindestens einen elektrisch leitenden Schicht senkrecht zu einer von der elektrisch leitenden Schicht aufgespannten Ebene mindestens ein Spalt mit einer Höhe H ausgebildet wird, dessen Verlauf in der Ebene die Kontur der mindestens einen elektrisch leitenden Struktur bestimmt. Weiterhin betrifft die Erfindung eine nach diesem Verfahren gebildete elektrisch leitende Struktur.
Ein derartiges Verfahren ist aus der WO 98/56019 bekannt, welche ein Verfahren zum Herstellen einer Spule für einen Transponder. beschreibt. Die Windungen der Spule werden aus einer leitenden Schicht gestanzt, die auf einem dielektrischen Substrat angeordnet ist. Um Kurzschlüsse im Bereich der erzeugten Unterbrechungen in der leitenden Schicht zu vermeiden, die sich aufgrund eines Rückfederns des gestanzten Materials ergeben können, sobald das Stanzwerkzeug aus dem Schnitt gezogen wird, wird Kleber oder Lack in die durch Stanzen erzeugten Unterbrechungen gefüllt. Die US 6,543,130 beschreibt ebenfalls die Herstellung elektrischer Leiterstrukturen aus einer leitenden Schicht. Die leitende Schicht wird auf ein Substratmaterial, insbesondere einen Kunststofffilm, aufgebracht, mit diesem laminiert und anschließend einer Schneidestation zugeführt. Ein Schneidezylinder durchtrennt die leitende Schicht gemäß den Konturen der gewünschten elektrischen Leiterstruktur, wobei sich der Schnitt gegebenenfalls auch geringfügig in das Substratmaterial hinein erstrecken kann. Bereiche der leitfähigen Schicht, die keine Leiterstruktur bilden, werden schließlich entfernt und die Schnittkanten der Leiterstrukturen in einer Presse geglättet.
Die DE 100 16 037 B4 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Etiketts oder einer Transpondereinheit, die eine Spule oder eine Antenne enthalten. Die Spulenoder Antennenform wird durch Stanzen aus einer elektrisch leitenden Folie hergestellt, wobei die elektrisch leitende Folie aus einem weichen, unelastischen Material besteht. Die Folie wird durch das Stanzwerkzeug vollständig durchtrennt, wobei nach Entfernen des Stanzwerkzeugs durch die spezielle Form des Stanzwerkzeugs bedingt der durch die Stanzung bewirkte Abstand zwischen den Rändern der elektrisch leitenden Folie beibehalten wird.
Weitere bekannte Techniken zur Herstellung elektrisch leitender Strukturen
- insbesondere auf flexiblen Trägern - sind konventionelle Subtraktivverfahren zur Strukturierung einer elektrisch leitenden Schicht.
Hier erfolgt die Strukturierung entweder mechanisch, beispielsweise mittels eines spanabhebenden Verfahrens wie dem Fräsen, oder mittels eines chemisch unterstützten Materialabtrags wie dem Ätzen. Dabei erfolgt üblicherweise eine Maskierung der elektrisch leitenden Schicht, gegebenenfalls unter Verwendung von Fotolacken, verbunden mit dem nachfolgenden Ätzprozess. Bekannt sind auch Additiwerfahren zur Herstellung elektrisch leitender Strukturen wie das Galvanisieren, welche ebenfalls mit Hilfe von Masken oder mit Hilfe von Anlagerungsschichten arbeiten. Schließlich sind auch Herstellungsverfahren bekannt, bei denen Leitlacke oder elektrisch leitende Formulierungen in strukturierter Form auf einen Träger gedruckt werden.
Die US 6,038,837 beschreibt ein kombiniertes Verfahren für die Herstellung metallischer Strukturen, wobei einem Metallband ein Oberflächenrelief aufgeprägt wird, um darin dünne und dicke Bereiche auszubilden. Anschließend wird mittels eines Ätzprozesses Metall vom gesamten Metallband abgetragen, bis die dünnen Bereiche entfernt sind, die dicken Bereich jedoch noch vorhanden sind.
Als nachteilig hat sich bei einigen der bekannten Verfahren erwiesen, dass eine hohe Anzahl von Einzelprozessschritten durchgeführt müssen und kostenintensive Rohstoffe wie Fotolacke oder Silberleitlacke erforderlich sind. Zudem sind insbesondere die komplexeren Herstellungsverfahren auch auf Prozessgeschwindigkeiten mit einigen Metern pro Minute limitiert. Ein weiterer Nachteil ist die notwenige Entsorgung und/oder Aufbereitung der Chemikalien, die bei den Ätz-, Fotolack- und Galvanikprozessen eingesetzt werden, nachdem dies aufwendig und kostenintensiv ist.
Die rein mechanischen Verfahren, wie die Stanz - oder die Frästechnik, weisen im Vergleich deutliche Vorteile von Seiten des Umweltaspekts und der Prozessgeschwindigkeit auf. Die bekannten reinen Stanzverfahren zeigen jedoch bei sehr feinen, elektrisch leitenden Strukturen wie Leiterbahn- und Antennenstrukturen vor allem den Nachteil, dass die Stanzergebnisse häufig nicht einwandfrei sind. Das zeigt sich darin, dass die gestanzten Materialstreifen oder Laminate, welche meistens aus mindestens einer Metallschicht und einer Kunststoffschicht bestehen, oft entweder komplett durchgestanzt werden und damit keinen mechanischen Halt mehr besitzen, was insbesondere in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren, bei dem der Materialstreifen von einer Vorratsrolle abgezogen, gestanzt und anschließend auf eine weitere Rolle aufgewickelt wird, zu Schwierigkeiten in der Handhabung führt. Häufig kommt es im Bereich der Stanzschnitte auch zu Kurzschlüssen zwischen benachbart ausgebildeten elektrisch leitenden Strukturen. Dies liegt hauptsächlich in der Natur der üblicherweise eingesetzten Materialkombinationen, wie Kupfer/Polyester, Aluminium/PET oder allgemein metallischer Folien mit polymeren Trägern, welche elastische Rückstelleigenschaften aufweisen oder zu plastischer Verformung neigen. Es sind dann speziell geformte Stanzwerkzeuge nötig, um ein zuverlässiges Ergebnis zu erhalten. Es können auch besondere Materialien gemäß der oben genannten DE 100 16 037 B4 eingesetzt werden, oder es werden nach dem Stanzen weitere Prozessschritte wie ein Entfernen aller nicht zu einer elektrisch leitenden Struktur gehörenden Reste der elektrisch leitenden Schicht gemäß der oben genannten US 6,543,130, oder ein Auffüllen -der gebildeten Stanzschnitte mit elektrisch isolierendem Material gemäß der oben genannten WO 98/56019 durchgeführt.
Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von elektrisch leitenden Strukturen bereitzustellen.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein Verfahren zur Herstellung mindestens einer elektrisch leitenden Struktur folgende Schritte umfasst: - Bereitstellen eines Materialstreifens, welcher mindestens eine elektrisch leitende
Schicht mit einer Schichtdicke D umfasst, und
- Stanzen der mindestens einen elektrisch leitenden Schicht, wobei in der mindestens einen elektrisch leitenden Schicht senkrecht zu einer von der elektrisch leitenden Schicht aufgespannten Ebene mindestens ein Spalt mit einer Höhe H ausgebildet wird, dessen Verlauf in der Ebene die Kontur der mindestens einen elektrisch leitenden Struktur bestimmt, wobei
- der mindestens eine Spalt derart ausgebildet wird, dass die Höhe H des Spalts geringer oder gleich der Schichtdicke D der mindestens einen elektrisch leitenden Schicht ist, und dass
- anschließend die mindestens eine elektrisch leitende Schicht geätzt wird, derart dass die mindestens eine elektrisch leitende Schicht im Bereich des mindestens einen Spalts durchtrennt und der Spalt erweitert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren stellt ein wirtschaftliches, umweltschonendes und produktionssicheres ätzgestütztes Stanzverfahren bereit, das neben einer sehr hohen Prozessgeschwindigkeiten noch den weiteren Vorteil aufweist, dass deutlich kostengünstigere einfachgeformte Stanzwerkzeuge eingesetzt werden können und darüber hinaus durch das herkömmliche Stanzverfahren auf die auf den Millimeterbereich begrenzten erzielbare Leiterstrukturen bis unterhalb eines Millimeters erlauben. So können Bereiche bis 800 μm auch bei duktilen Materialien (z.B. Aluminium, Kupfer) erzielt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren, welches insbesondere kontinuierlich durchgeführt werden kann, ist mit herkömmlichen Stanzmaschinen, Standardwerkzeugen und Ätzanlagen durchführbar, die kostengünstig und ohne großen technischen Aufwand modifiziert werden können.
Dem Stanzen ist, insbesondere unmittelbar, ein dem jeweiligen elektrisch leitenden Material der elektrisch leitenden Schicht angepasster Ätzprozess nachgeschaltet. Dies führt einerseits zu einer völligen mechanischen und elektrischen Separierung von gestanzten, benachbarten elektrisch leitenden Strukturen, so dass keine Kurzschlüsse mehr zwischen diesen auftreten können. Andererseits erfolgt gleichzeitig, zumindest bereichsweise, eine Oberflächenaktivierung der gestanzten elektrisch leitenden Struktur, nachdem aufgrund des Ätzprozesses eventuell auf der Oberfläche der elektrisch leitenden Schicht vorhandene Verunreinigungen oder Oxidschichten entfernt werden. Dies ist insbesondere von Vorteil für einen nachfolgenden In-Iine-Prozessschritt, wie beispielsweise ein Bondingverfahren zur elektrischen Verbindung der elektrisch leitenden Struktur mit einem Chip, ein Klebverfahren, bei dem ein Leitkleber aufgetragen1 wird, oder ein Lötverfahren. Aufgrund der Oberflächenaktivierung ergeben sich deutliche Vorteile im Hinblick auf die erzielbare Haftkraft und Qualität der elektrischen Kontaktierung.
Es hat sich gezeigt, dass in den Bereichen der elektrisch leitenden Schicht, die die durch das Stanzen gebildeten Spalte begrenzen, der Ätzangriff deutlich schneller erfolgt als in Bereichen, die nicht gestanzt wurden. Dies wird dadurch erklärt, dass die Spalte etwaige vorhandene und das Ätzen behindernde Schichten, wie Fett- oder Oxidschichten, auf der elektrisch leitenden Schicht durchtrennen. Dies ermöglicht die Herstellung besonders feiner elektrisch leitender Strukturen auch unterhalb des bei einem reinem Stanzverfahren erzielbaren Millimeterbereiches, bei gleichzeitig erhöhter Prozessgeschwindigkeit.
Im Vergleich zu Standardätzprozessen werden nur Bruchteile der elektrisch leitenden Schicht entfernt, was die Prozessgeschwindigkeit weiter erhöht. So ist beispielsweise bei einer durch eine 50 μm dicke Aluminiumschicht gebildete elektrisch leitende Schicht nur 1/25tel bis 1/50tel des Metalls zu ätzen, wenn die Schichtdicke von 50 μm im Bereich des Spalts bis auf einen Steg von lediglich 1 μm bis 2 μm durchschnitten wurde. Das Verfahren bietet also den Vorteil, dass äußerst wenige Abfallstoffe anfallen. Ein vollständiges Durchstanzen des Materialstreifens kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vermieden werden, da eine größere Toleranz des Stanzspaltes eingehalten werden muss , so dass der Materialstreifen auch nach dem Stanzen noch eine genügend hohe Reißfestigkeit aufweist, um optimal weiterverarbeitet werden zu können.
Als Stanzwerkzeug wird hierbei bevorzugt ein Werkzeug verwendet, welches einen Stanzspalt in dem Materialstreifen ausformt, dessen Breiten-zu-Tiefen-Verhältnis, d.h. dessen maximale Breite zu maximaler Tiefe kleiner oder gleich 1 ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind nachfolgend beschrieben.
Es hat sich bewährt, wenn mindestens eine erste Seite der beiden Seiten der mindestens einen elektrisch leitfähigen Schicht gestanzt wird. Die elektrisch leitende Schicht wird somit nur auf einer Seite mit Spalten beziehungsweise Stanzschnitten versehen, während die gegenüber liegende Oberfläche nicht beeinträchtigt wird und eine ausreichende Reißfestigkeit der elektrisch leitfähigen Schicht für die nachfolgende Ätzbehandlung sicherstellt. Gegebenenfalls können aber auch beide Seiten der elektrisch leitenden Schicht gestanzt werden, wobei die elektrisch leitende Schicht aber erfindungsgemäß an keiner Stelle vollständig durchtrennt wird.
Es hat sich bewährt, wenn das Ätzen auf mindestens der ersten Seite der mindestens einen elektrisch leitenden Schicht erfolgt, welche den mindestens einen Spalt aufweist. Insbesondere hat es sich bewährt, wenn das Ätzen lediglich auf der Seite der mindestens einen elektrisch leitenden Schicht erfolgt, welche den mindestens einen Spalt aufweist, nachdem das Ätzen im Bereich des mindestens einen Spalts im Vergleich zur übrigen Oberfläche der elektrisch leitenden Schicht, wie bereits oben beschrieben, besonders effektiv ist.
Die Höhe H des Spalts in der elektrisch leitenden Schicht ist so zu wählen, dass die Reißfestigkeit des Materialstreifens nach dem Stanzen noch ausreichend hoch ist, um den nachfolgenden Ätzschritt problemlos durchführen zu können. Die Höhe H des mindestens einen Spalts in der elektrisch leitenden Schicht, welche übrigens nicht in jedem Fall gleichbedeutend ist mit der Gesamthöhe des Spalts, wird vorzugsweise so gewählt, dass die Gleichung 0,5 D < H < D und insbesondere die Gleichung 0,9 D < H < D erfüllt wird. Als besonders vorteilhaft hat es sich dabei erwiesen, wenn die Höhe H des mindestens einen Spalts in der elektrisch leitenden Schicht so gewählt wird, dass zudem die Gleichung H < 0,99 D erfüllt wird.
Dabei ist es möglich, innerhalb eines Materialstreifens an unterschiedlichen Stellen Spalte mit unterschiedlichen Höhen H zu bilden, so dass beim nachfolgenden Ätzen im Bereich eines Spalts mit größerer Höhe H eine schnellere Durchtrennung der elektrisch leitenden Schicht erfolgt als im Bereich eines Spalts mit geringerer Höhe H. Dadurch lässt sich eine zeitliche Steuerung des Ätzprozesses an unterschiedlichen Stellen der elektrisch leitenden Schicht realisieren.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die mindestens eine elektrisch leitende Schicht vor dem Stanzen zumindest teilweise mit einer Ätzresistschicht bedeckt wird. Die Ätzresistschicht soll dabei ein Ätzen der elektrisch leitenden Schicht, insbesondere in größeren Flächenbereichen, auf einer oder beiden Seiten der elektrisch leitenden Schicht verhindern, so dass der Materialabtrag und damit die Abfallmenge sowie die damit verbundenen Entsorgungs- und Rückgewinnungskosten vermindert werden. Insbesondere erhöht sich dadurch auch eine Standzeit eines Ätzmittels, so dass die Kosten auch hier gesenkt werden können. Das heißt, dass nahezu ausschließlich nur die Stanzlinienfläche bis zur elektrischen Separierung zu ätzen ist. Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Ätzresistschicht(en) beim Stanzen lokal durchtrennt wird/werden. Der mindestens eine gebildete Spalt erstreckt sich damit durch die gesamte Dicke der jeweiligen Ätzresistschicht hindurch und zusätzlich, vorzugsweise mit einer Höhe H, noch in die elektrisch leitende Schicht hinein. Beim nachfolgenden Ätzen, das vorzugsweise von Seiten der Ätzresistschicht(en) erfolgt, werden nur die Bereiche der elektrisch leitenden Schicht geätzt, die den mindestens einen Spalt begrenzen und wo die elektrisch leitende Schicht nicht von der Ätzresistschicht abgeschirmt wird.
Um die Verarbeitung der elektrisch leitenden Strukturen nach dem Ätzen zu vereinfachen, ist es von Vorteil, wenn der Materialstreifen neben der mindestens einen elektrisch leitenden Schicht mindestens eine weitere Schicht umfasst, auf welcher die mindestens eine elektrisch leitende Schicht bereichsweise oder vollflächig angeordnet ist und welche als Träger für die mindestens eine gebildete elektrisch leitende Struktur, gegebenenfalls bereits für die elektrisch leitende Schicht, fungiert. Falls auf der elektrisch leitenden Schicht eine Ätzresistschicht vorgesehen ist, wird die Ätzresistschicht auf der, der mindestens einen weiteren Schicht abgewandten Seite der mindestens einen elektrisch leitenden Schicht angeordnet. Die mindestens eine weitere Schicht erhöht die Reißfestigkeit des Materialstreifens, fixiert die Lage der vereinzelten elektrisch leitenden Strukturen zueinander und vereinfacht insbesondere eine kontinuierliche Prozessführung für das erfindungsgemäße Verfahren, beispielsweise in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren.
Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die mindestens eine weitere Schicht derart gewählt wird, dass diese beim Ätzen im Vergleich zu der mindestens einen elektrisch leitenden Schicht ein unterschiedliches Ätzverhalten aufweist. Insbesondere wird die mindestens eine weitere Schicht derart gewählt, dass sie beim Ätzen der elektrisch leitenden Schicht nicht oder im wesentlichen nicht angegriffen wird. Insbesondere hat es sich bewährt, wenn die mindestens eine weitere Schicht aus einer dünnen, flexiblen Folie gebildet ist, die vorzugsweise aus Polyethylennaphthalat, Polyester, Polyimid, Polypropylen, BOPP, Polyethylen, Polyamid gebildet ist.
Selbstverständlich kann die mindestens eine weitere Schicht auch aus zwei oder mehr unterschiedlichen Lagen, wie Kunststoffschichten, Papierschichten, Metallschichten usw., gebildet sein, die miteinander beispielsweise verklebt oder laminiert sind.
Eine Schichtdicke im Bereich von 12 μm bis 500 μm für die mindestens eine weitere Schicht hat sich bewährt.
Weiterhin hat es sich bewährt, wenn die mindestens eine elektrisch leitende Schicht eine Schichtdicke D im Bereich von 5 μm bis 50 μm aufweist. Diese Schichtdicken sind insbesondere dann von Vorteil, wenn die mindestens eine elektrisch leitende Schicht ohne eine weitere Schicht, die als Träger fungiert, verarbeitet werden soll. Typischerweise ist die elektrisch leitende Schicht hier durch eine Metallfolie, gegebenenfalls mit weiteren darauf aufgebrachten elektrisch leitenden Schichten, gebildet. Weitere elektrisch leitende Schichten können durch Sputtern, Aufdampfen, galvanische Abscheidung oder ähnliches ausgebildet sein.
Für die mindestens eine elektrisch leitende Schicht hat sich aber auch eine Schichtdicke D im Bereich von 0,5 μm bis 5 μm bewährt. Diese Schichtdicken sind insbesondere dann von Vorteil, wenn die mindestens eine elektrisch leitende Schicht zusammen mit einer weiteren Schicht, die als Träger fungiert, verarbeitet werden soll. Nicht selbsttragende elektrisch leitende Schichten werden vorzugsweise durch gängige PVD- oder CVD-Verfahren, galvanische Abscheidung, Drucken oder ähnliches gebildet.
Bei der weiteren Schicht handelt es sich vorzugsweise um eine flexible Kunststoff- Folie einer Schichtdicke zwischen 12 und 500 μm.
Es ist bevorzugt, wenn die mindestens eine elektrisch leitende Schicht aus Metall oder einer Metall-Legierung gebildet ist. Bewährt haben sich hier Kupfer, Aluminium, Nickel, Zinn, Silber, Gold, Zink und deren Legierungen.
Das Ätzen erfolgt bevorzugt mittels Nassätzens.
Das Nassätzen erfolgt bevorzugt mittels alkalischen Ätzlösungen (Natronlauge, Kalilauge) oder sauren Ätzlösungen (Eisenchloridlösungen, Salzsäure, Schwefelsäure oder Komplexbildenden Lösungen (Ammoniakalischen Lösungen, cyanidischen Lösungen, Chelatbildnern).
Es hat sich bewährt, wenn das Ätzen unmittelbar nach dem Stanzen erfolgt. Da hierdurch noch keine Oxidation der beim Stanzen erzeugten Schnittkanten im Spalt erfolgt ist, so dass die beim Stanzen erzeugte Oberflächenaktivierung beim Ätzen optimal ausgenutzt werden kann.
Gemäß eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung erfolgt das Ätzen mittels eines Sprüh-Ätzverfahrens, bei dem die Ätzlösung gezielt im Bereich des durch Stanzen erzeugten Spaltes auf den Materialstreifen aufgesprüht wird.
Es ist von Vorteil, wenn der Materialstreifen in einem kontinuierlichen oder quasikontinuierlichen Prozess verarbeitet wird. Als quasi-kontinuierlicher Prozess wird dabei eine Verarbeitung von vereinzelten Materialstreifen, die in Reihe nacheinander verarbeitet und ohne Zwischenlagerung den nacheinander folgenden Prozessschritten des Verfahrens zugeführt werden, verstanden. Als kontinuierlicher Prozess wird ein solcher verstanden, bei dem der Materialstreifen flexibel und bandförmig ausgestaltet ist und ohne Zwischenlagerung den nacheinander folgenden Prozessschritten des Verfahrens zugeführt wird, insbesondere in einem Rolle-zu- Rolle-Verfahren verarbeitet wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hat es sich bewährt, den Materialstreifen mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 1 bis 200 m/min, insbesondere von 10 bis 100 m/min, von Rolle zu Rolle zu transportieren.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung von elektrisch leitenden Strukturen in Form von Leiterbahnen, beispielsweise für Leiterplatten, zur Ausbildung von Antennen, beispielsweise für RFID-Systeme, einfachen elektrischen Schaltelementen, Abschirmungsformelementen usw.
Die einzelnen, zueinander benachbarten und mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugten elektrisch leitenden Strukturen sind, senkrecht zur Ebene der elektrisch leitenden Schicht gesehen, vorzugsweise 50 μm bis 2000 μm voneinander beabstandet.
Eine elektrisch leitende Struktur, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gebildet ist, ist insbesondere als eine Antenne ausgebildet. Dabei hat es sich überraschender weise gezeigt, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, also mit einer Entfernung der elektrisch leitenden Schicht lediglich in äußerst schmalen Bereichen oder geringen Linienbreiten, funktionsfähige Antennen hergestellt werden können. Diese sind besonders für RFID-Transponder geeignet, wobei eine Antennenfrequenz im Bereich von 1 MHz bis 1000 MHz , insbesondere 13,56 MHz bevorzugt ist.
Nachfolgende Figuren 1a bis 3 sollen einige erfindungsgemäße Verfahren beispielhaft erläutern. So zeigen
Figuren 1a bis 1e den schematischen Ablauf eines ersten erfindungsgemäßen
Verfahrens,
Figuren 2a bis 2e den schematischen Ablauf eines zweiten erfindungsgemäßen
Verfahrens, und
Figur 3 den schematischen Ablauf eines dritten erfindungsgemäßen
Verfahrens in einem Rolle-zu-Rolle-Prozess.
Figur 1a zeigt einen Materialstreifen 1 im Querschnitt, welcher aus einer elektrisch leitenden Schicht 2 aus Aluminium und einer weiteren Schicht 3 aus PET gebildet ist. Die elektrisch leitende Schicht 2 weist eine Schichtdicke D von 50 μm auf, während die weitere Schicht 3 eine Dicke von 0,5 mm aufweist. Figur 1a zeigt weiterhin schematisch ein Stanzwerkzeug 10 zum Stanzen des Materialstreifens 1 auf Seiten der elektrisch leitenden Schicht 2 im Querschnitt.
Figur 1b zeigt nun in der gleichen Ansicht das Stanzwerkzeug 10 aus Figur 1a beim Stanzen der elektrisch leitenden Schicht 2. Figur 1c zeigt das nach dem Stanzen gemäß Figur 1b wieder von der elektrisch leitenden Schicht 2 entfernte Stanzwerkzeug 10, welches in der elektrisch leitenden Schicht 2 einen Spalt 4a, welcher in Draufsicht auf den Materialstreifen 1 - hier also nicht erkennbar - eine Kontur für elektrisch leitende Strukturen 5 (siehe Figur 1e) bildet. Der Spalt 4a ist senkrecht zu einer durch die elektrisch leitende Schicht 2 aufgespannten Ebene in die elektrisch leitende Schicht 2 eingebracht und weist in der elektrisch leitenden Schicht 2 eine Höhe H von 48 μm bis 49 μm auf. Nachdem die elektrisch leitende Schicht 2 eine Schichtdicke von 50 μm aufweist, verbleiben unterhalb des Spalts 4a in Richtung der weiteren Schicht 3 aus PET noch 1 bis 2 μm von der elektrisch leitenden Schicht 2. Die elektrisch leitende Schicht 2 bedeckt somit noch überall die weitere Schicht 3. Der gestanzte Materialstreifen 1 wird in ein Ätzbad aus .Natronoder Kalilauge getaucht und die elektrisch leitende Schicht 2 geätzt. Hierbei ist das Ätzbad als Sprühätzbad vorteilhaft ausgelegt. Es erfolgt ein chemischer Abtrag der elektrisch leitenden Schicht 2 sowohl auf der, der weiteren Schicht 3 abgewandten Oberfläche der elektrisch leitenden Schicht 2, wie auch im Bereich des Spalts 4a. Dabei erfolgt der Materialabtrag im Bereich des Spalts 4a mit erhöhter Geschwindigkeit im Vergleich zu den nicht mittels Stanzen veränderten Oberflächenbereichen der elektrisch leitenden Schicht 2, nachdem im Spalt 4a aktivierte Oberflächen ohne Verunreinigungen oder Oxidschicht vorliegen. Das Ätzen wird solange fortgesetzt, bis eine Durchtrennung der elektrisch leitenden Schicht 2 im Bereich des Spalts 4a erreicht ist. Dies kann z.B. durch eine Durchleuchteeinrichtung oder Transmissionsmessung überwacht werden. Nach dem Ätzen wird der Materialstreifen 1 wie bei einem solchen Verfahren üblich gespült und getrocknet.
Figur 1d zeigt den Materialstreifen 1 nach dem Ätzen im Querschnitt A - A' (siehe Figur 1e). Es ist zu erkennen, dass die elektrisch leitende Schicht 2 im Bereich des durch Ätzen veränderten Spalts 4b, welcher durch den gestanzten Spalt 4a in seiner Lage vorgegeben war, durchtrennt ist, wobei die weitere Schicht 3 im Bereich des durch Ätzen veränderten Spalts 4b freiliegt. Der durch Ätzen veränderte Spalt 4b umschließt - in der Draufsicht auf den Materialstreifen 1 gesehen (siehe Figur 1e) - die elektrisch leitenden Strukturen 5. Figur 1e zeigt eine Draufsicht auf den geätzten Materialstreifen 1 gemäß Figur 1d. Es ist die elektrisch leitende Schicht 2 erkennbar, aus der elektrisch leitende Strukturen 5 gebildet wurden. Die elektrisch leitenden Strukturen 5 sind jeweils von dem durch Ätzen veränderten Spalt 4b umgeben. Durch den mittels Ätzen veränderten Spalt 4b hindurch ist die weitere Schicht 3 unterhalb der elektrisch leitenden Schicht 2 erkennbar. Die elektrisch leitenden Strukturen 5 können nun mit Bonddrähten versehen, mit Leitkleber beschichtet oder mit Lot versehen werden, um Chips oder sonstige elektronische Bauelemente damit zu verbinden. Dies kann auf dem nach dem Ätzen vorliegenden Materialstreifen 1 erfolgen, der Materialstreifen 1 kann aber auch zuvor in Abschnitte zerteilt worden sein.
Die Figuren 2a bis 2e zeigen einen ähnlichen Verfahrensablauf wie die Figuren 1a bis 1e, wobei jedoch auf der elektrisch leitenden Schicht 2 bereichsweise eine Ätzresistschicht 6 angeordnet ist.
Figur 2a zeigt den Materialstreifen 1 im Querschnitt, welcher aus einer elektrisch leitenden Schicht 2 aus Kupfer, teilweise bedeckt durch die Ätzresistschicht 6, und einer weiteren Schicht 3 aus Polyester gebildet ist. Die elektrisch leitende Schicht 2 weist eine Schichtdicke D von 25 μm auf, während die weitere Schicht 3 eine Dicke von 50 μm aufweist. Figur 2a zeigt weiterhin schematisch das Stanzwerkzeug 10 zum Stanzen des Materialstreifens 1 von Seiten der Ätzresistschicht 6 im Querschnitt.
Figur 2b zeigt nun in der gleichen Ansicht das Stanzwerkzeug 10 aus Figur 2a beim Stanzen der Ätzresistschicht 6 und der elektrisch leitenden Schicht 2. Figur 2c zeigt das nach dem Stanzen gemäß Figur 2b wieder von der Ätzresistschicht 6 und der elektrisch leitenden Schicht 2 entfernte Stanzwerkzeug 10, welches in der Ätzresistschicht 6 sowie der elektrisch leitenden Schicht 2 einen Spalt 4a, welcher in Draufsicht auf den Materialstreifen 1 - hier also nicht erkennbar - eine Kontur für elektrisch leitende Strukturen 5 (siehe Figur 2e) vorgibt. Der Spalt 4a ist senkrecht zu einer durch die elektrisch leitende Schicht 2 aufgespannten Ebene in die Ätzresistschicht 6 und die elektrisch leitende Schicht 2 eingebracht und weist in der elektrisch leitenden Schicht 2 eine Höhe H von 23 μm bis 24 μm auf. Nachdem die elektrisch leitende Schicht 2 eine Schichtdicke von 25 μm aufweist, verbleiben unterhalb des Spalts 4a in Richtung der weiteren Schicht 3 aus Polyester noch 1 bis 2 μm von der elektrisch leitenden Schicht 2. Die elektrisch leitende Schicht 2 bedeckt somit noch überall die weitere Schicht 3. Der gestanzte Materialstreifen 1 wird durch ein Sprühätzbad aus salzsaurer Eisen(lll)chloridlösung geführt und die elektrisch leitende Schicht 2 geätzt. Es erfolgt ein chemischer Abtrag der elektrisch leitenden Schicht 2 im Bereich des Spalts 4a und auf der, der weiteren Schicht 3 abgewandten Oberfläche der elektrisch leitenden Schicht 2, jedoch nur in Bereichen, die nicht von der Ätzresistschicht 6 bedeckt sind. Dabei erfolgt der Materialabtrag im Bereich des Spalts 4a mit erhöhter Geschwindigkeit im Vergleich zu den nicht mittels Stanzen veränderten, unbedeckten Oberflächenbereichen der elektrisch leitenden Schicht 2, nachdem im Spalt 4a aktivierte Oberflächen ohne Verunreinigungen oder Oxidschichten vorliegen. Das Ätzen wird solange durchgeführt, bis eine Durchtrennung der elektrisch leitenden Schicht 2 im Bereich des Spalts 4a erreicht ist. Nach dem Ätzen wird der Materialstreifen 1 wie bei einem solchen Verfahren üblich gespült und getrocknet.
Figur 2d zeigt den Materialstreifen 1 nach dem Ätzen im Querschnitt B - B' (siehe Figur 2e). Es ist zu erkennen, dass die elektrisch leitende Schicht 2 im Bereich des durch Ätzen veränderten Spalts 4b, welcher durch den gestanzten Spalt 4a in seiner Lage vorgegeben war, durchtrennt ist, wobei die weitere Schicht 3 im Bereich des durch Ätzen veränderten Spalts 4b freiliegt. Der durch Ätzen veränderte Spalt 4b umschließt - in der Draufsicht auf den Materialstreifen 1 gesehen (siehe Figur 2e) - die elektrisch leitenden Strukturen 5.
Figur 2e zeigt eine Draufsicht auf den geätzten Materialstreifen 1 gemäß Figur 2d. Es sind die Ätzresistschicht 6 sowie Bereiche der elektrisch leitenden Schicht 2 erkennbar, aus der elektrisch leitende Strukturen 5 gebildet wurden. Die elektrisch leitenden Strukturen 5 sind jeweils von dem durch Ätzen veränderten Spalt 4b umgeben und teilweise von der Ätzresistschicht 6 bedeckt. Durch den mittels Ätzen veränderten Spalt 4b hindurch ist die weitere Schicht 3 unterhalb der elektrisch leitenden Schicht 2 erkennbar. Die elektrisch leitenden Strukturen 5 können nun in den Bereichen, in denen die elektrisch leitende Schicht 2 nicht von der Ätzresistschicht 6 bedecket ist, mit Bonddrähten versehen, mit Leitkleber beschichtet oder mit Lot versehen werden, um Chips oder sonstige elektronische Bauelemente damit zu verbinden. Dies kann auf dem nach dem Ätzen vorliegenden Materialstreifen 1 erfolgen, der Materialstreifen 1 kann aber auch zuvor in Abschnitte zerteilt worden sein. Die Ätzresistschicht 6 kann dabei zuvor vom Materialstreifen 1 entfernt worden sein.
Figur 3 zeigt die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einem RoIIe- zu-Rolle-Prozess. Dabei wird eine elektrisch leitende Schicht 2 in Form einer Aluminiumfolie von einer Vorratsrolle 100 abgezogen, eine weitere Schicht 3 aus PET von einer weiteren Vorratsrolle 101 abgezogen und in einer Station 102 durch Laminieren zu einem Materialstreifen 1 zusammengeführt. Der Materialstreifen 1 wird in eine optional vorhandene Station 103 transportiert, in der eine Reinigung der Oberfläche der elektrisch leitenden Schicht 2 und/oder ein Auftrag einer weiteren elektrisch leitenden Schicht und/oder ein Auftrag einer Ätzresistschicht auf die, gegebenenfalls gereinigte, Oberfläche der elektrisch leitenden Schicht 2 erfolgt. Aus der optional vorhandenen Station 103 wird der Materialstreifen 1 in eine Station 104 transportiert, in welcher der Materialstreifen gestanzt wird. Hierbei werden bevorzugt Rotationsstanzen mit Insettereinheit eingesetzt, um schnelle registergeregelte Stanzprozesse durchführen zu können.
Von der Stanzstation 104 wird der Materialstreifen 1 in eine Station 105 transportiert, in welcher das Ätzen durchgeführt wird. Hier erfolgt, falls nasschemisch geätzt wird, auch das Spülen des Materialstreifens, um etwaige Ätzmittelrückstände zu entfernen, sowie ein Trocknen.
Hierbei werden bevorzugt temperatur- und konzentrationsgeführte Sprühätzanlagen mit Auf- und Abwicklereinheiten für Rolle zu Rolle Verarbeitung eingesetzt. Der geätzte Materialstreifen 1 wird nun auf eine weitere Vorratsrolle 106 aufgewickelt. Alternativ kann der Materialstreifen 1 auch nach der Station 105 mit weiteren Schichten beschichtet oder laminiert und/oder mit Bauteilen bestückt und/oder zerteilt werden.
Ausgehend von der obigen Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich durch den Fachmann eine Vielzahl von unterschiedlichen elektrisch leitenden Strukturen erzeugen, wobei das erfindungsgemäße Verfahren auch mehrmals an einem Materialstreifen, gegebenenfalls nach Aufbringen weiterer Schichtlagen auf die bereits gebildeten elektrisch leitenden Strukturen, durchgeführt werden kann. Es lassen sich demnach nicht nur zweidimensionale elektrisch leitende Strukturen, sondern auch dreidimensionale elektrisch leitende Strukturen mittels sandwichartigem Mehrlagenaufbau oder mehrfacher Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens schnell und kostengünstig realisieren.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung mindestens einer elektrisch leitenden Struktur umfassend folgende Schritte:
- Bereitstellen eines Materialstreifens, welcher mindestens eine elektrisch leitende Schicht mit einer Schichtdicke D umfasst, und
- Stanzen der mindestens einen elektrisch leitenden Schicht, wobei in der mindestens einen elektrisch leitenden Schicht senkrecht zu einer von der elektrisch leitenden Schicht aufgespannten Ebene mindestens ein Spalt mit einer Höhe H ausgebildet wird, dessen Verlauf in der Ebene die Kontur der mindestens einen elektrisch leitenden Struktur bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass - der mindestens eine Spalt derart ausgebildet wird, dass die Höhe H des Spalts kleiner oder gleich der Schichtdicke D der mindestens einen elektrisch leitenden Schicht ist, und dass
- anschließend die mindestens eine elektrisch leitende Schicht geätzt wird, derart dass die mindestens eine elektrisch leitende Schicht im Bereich des mindestens einen Spalts durchtrennt und der Spalt erweitert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht vor dem Stanzen zumindest teilweise mit einer Ätzresistschicht bedeckt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ätzresistschicht beim Stanzen lokal durchtrennt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine erste Seite der beiden Seiten der elektrisch leitfähigen Schicht gestanzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzen auf mindestens der ersten Seite der mindestens einen elektrisch leitenden Schicht, welche den mindestens einen Spalt aufweist, erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzen auf beiden Seiten der mindestens einen elektrisch leitenden Schicht erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe H des mindestens einen Spalts in der elektrisch leitenden Schicht so gewählt wird, dass die Gleichung 0,5 D < H < D erfüllt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe H des mindestens einen Spalts in der elektrisch leitenden Schicht so gewählt wird, dass die Gleichung 0,9 D < H < D erfüllt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe H des mindestens einen Spalts in der elektrisch leitenden Schicht so gewählt wird, dass die Gleichung H < 0,99 D erfüllt wird.
10.Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialstreifen neben der mindestens einen elektrisch leitenden Schicht mindestens eine weitere Schicht umfasst, auf welcher die mindestens eine elektrisch leitende Schicht bereichsweise oder vollflächig angeordnet ist und welche als Träger für die mindestens eine elektrisch leitende Struktur fungiert, und dass, falls eine Ätzresistschicht gemäß Anspruch 2 vorgesehen ist, die Ätzresistschicht auf der, der mindestens einen weiteren Schicht abgewandten Seite der mindestens einen elektrisch leitenden Schicht angeordnet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine weitere Schicht derart gewählt wird, dass die mindestens eine weitere Schicht beim Ätzen im Vergleich zu der mindestens einen elektrisch leitenden Schicht ein unterschiedliches Ätzverhalten aufweist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine weitere Schicht eine Schichtdicke im Bereich von 12 μm bis 500 μm aufweist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine weitere Schicht aus einer dünnen, flexiblen Folie gebildet ist, insbesondere aus PET, Polyimid, PEN, PE, PA, OPP, BOPP, PP oder PVC gebildet ist.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine elektrisch leitende Schicht eine Schichtdicke D im Bereich von 5 μm bis 50 μm aufweist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine elektrisch leitende Schicht eine Schichtdicke D im Bereich von 10 nm bis 5 μm aufweist.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine elektrisch leitende Schicht aus Metall, einer Metall-Legierung gebildet wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16 , dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzen mittels Nassätzens erfolgt.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzen mittels Nassätzens in alkalischer Natronlaugen oder saurer Eisenchloridlösung oder Komplexbildner erfolgt.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18 , dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzen unmittelbar In-Iine nach dem Stanzen erfolgt.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19 , dadurch gekennzeichnet, dass der Materialstreifen in einem kontinuierlichen oder quasi-kontinuierlichen Prozess verarbeitet wird.
2 I.Verfahren nach Anspruch 20 , dadurch gekennzeichnet, dass der Materialstreifen flexibel und bandförmig ausgestaltet ist und in einem
Rolle zu Rolle - Verfahren verarbeitet wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass der Materialstreifen mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 1 bis 200 m/min von Rolle zu Rolle transportiert wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Spalt die Kontur der mindestens einen elektrisch leitenden Struktur in Form einer Leiterbahn, eine Antenne, einfachen elektrischen flächenartigen Schaltelementen oder flächenartigen Abschirmgeometrien vorgibt.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Stanzverfahren ein rotatives registergeregeltes Verfahren ist.
25. Elektrisch leitende Struktur, welche nach einem der Ansprüche 1 bis 23 gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Struktur eine Antenne ist.
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