WO2008017682A2 - Verfahren und vorrichtung zum verlegen von dünnem draht - Google Patents

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WO2008017682A2
WO2008017682A2 PCT/EP2007/058204 EP2007058204W WO2008017682A2 WO 2008017682 A2 WO2008017682 A2 WO 2008017682A2 EP 2007058204 W EP2007058204 W EP 2007058204W WO 2008017682 A2 WO2008017682 A2 WO 2008017682A2
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Muehlbauer Ag
Reinhard Ulrich
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    • H05K3/386—Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the metal by the use of an organic polymeric bonding layer, e.g. adhesive

Definitions

  • the invention relates to methods and apparatus for automated, computer-controlled laying of thin wire on the surface of a substrate.
  • the main focus is on metallic wire, but also on wire made of non-metallic materials such as polymers, glass or ceramics.
  • metallic wires the field of application is the almost invisible electrical connection of microelectronic components for the eye and the production of planar coils, for non-metallic the assembly of micromechanical and micro-optical components.
  • this argument comes in general Given a given circuit, this argument is generally more pronounced the larger the area of the substrate is, because the material and workload in the case of planar (deposition and etching) technology increase proportionally to the substrate surface, but only proportionally to the wire length in the laying technique.
  • the direct laying of insulated wire such as in the form of inexpensive copper wire, because it can be easily realized by simply overlapping the wires insulating intersections.
  • an insulating foil must be interposed as in EP 1 004 226, and in the case of etched circuits, a short circuit of the leads can only be avoided by elaborate evasion into the third dimension.
  • the wire laying technique is widely used today for the production of so-called “antenna coils” for RFID transponders, as described in DE 44 10 732.
  • the optical display device disclosed in DE 102 47 553 is based essentially on the fact that, viewed perpendicular to the substrate, a round conductor wire appears narrower than a typical etched conductor track of the same cross section If the wire diameter is chosen to be sufficiently small, for example below 25 ⁇ m, such connecting wires are virtually invisible to the unaided eye.
  • the wire to be laid is unwound from a supply reel and guided in the laying head via a deflection channel or a deflection roller in the immediate vicinity of the substrate surface, that it is almost parallel to the same. It is then pressed against and secured to the substrate surface by a pinch roller or other tool as explicitly described in US Pat. No. 4,918,260.
  • thermoplastic adhesives are preferably used, in particular hotmelt adhesives, which are initially used as a coating have been applied to the wire or to the substrate surface. When laying this adhesive is brought by heating to melting and deliquescence and connects both joining partners as closely as possible. After cooling of the adhesive, the laid wire then permanently adheres to the substrate surface.
  • a fundamental difficulty with all of these laying methods is the necessity for the wire to be pressed tightly onto the substrate surface for attachment. Only when it touches the surface directly - ie with a certain positive pressure force - will the heat dissipating bonding material simultaneously wet the wire and the substrate surface. Only then will it be so spread by surface tension and capillary force and penetrate into the joint, as is necessary for a good adhesion of the wire. Remains after melting even a small, finite distance between the wire and the substrate surface or the applied adhesive layers, so this flow process and the bonding does not take place.
  • the pressure force must be sufficiently large Bend wire so that it conforms to the surface contour everywhere.
  • the surface contour "should also include transverse wires that were already laid on the substrate surface in a previous operation, over which the actual wire to be laid must be pressed against the substrate a certain minimum force is therefore essential for a successful transfer.
  • Pressing is one of the most critical procedural steps when installed by machine. Due to the mechanical contact, the pressure tool can deform the cross section of a thin wire. It can damage the surface or insulation of the wire and cause short circuits. As a result of the mechanical contact there is also a constant risk that the pressure tool may be contaminated by abrasion of insulating material or adhesive and continuously cleaned, as described in detail in US 4,864,723. All these difficulties can be summarized by the term "handling the wire". They become larger, the thinner the wire to be laid. With wire diameters below 0.1 mm, they are usually so serious that the known methods of wire laying fail.
  • US Pat. No. 6,400,882 proposes a laying method in which the pressing force is generated virtually without contact.
  • the bending stiffness of the wire is utilized.
  • the wire, coming from a narrow, heated deflection tube, is pressed obliquely against the substrate surface at a shallow angle and adheres there.
  • a special pressure tool is not required.
  • this method solves the problems mentioned only partially, because indirectly the deflecting tube acts as a pressure tool and is subject to the same abrasion and contamination problems.
  • this method works only with thicker wires with sufficient bending stiffness, and third, the pressing force exists only locally, directly at the point of contact of the wire on the substrate. This situation may work with thick wire, but with thin wire pressure and heat transfer are not sufficient for a good bond. This should be better understood after the following discussion of the heating problems.
  • the heating of the substrate surface generates mechanical stresses in the substrate, which are the greater the higher the temperature and the greater the heated surface area. To minimize the risk of mechanical failure due to these voltages is therefore desirable to keep the heated area as small as possible while still achieving, albeit only for a short time, the temperature required for bonding.
  • the invention is therefore based on the object for the laying of thin wire on a substrate necessary pressure force of the wire to the substrate surface without contact along a certain portion of the wire to then, in the event that during the An horrs, in the pressed wire section the Substrate surface to heat the flow temperature of the adhesive can.
  • this object is achieved in that the pressure force is generated electrostatically.
  • the essential advantage of the laying method according to the invention over the prior art is that it operates without contact, without pressure tool, so that the wire and possibly its insulation remain intact. There is also no risk of contamination of a pressure tool.
  • Another advantage is that the electrostatic Pressure force on the entire support section of the wire acts. As a result, it conforms itself, as described, automatically to existing unevenness and contours of the substrate surface in a manner which is difficult to achieve with mechanical pressure tools. This fitting takes place even at room temperature and - due to the decreasing melting distance - even more at the higher melting temperature. The hot-melt adhesive on the wire can therefore quickly wet the substrate surface after melting, resulting in a secure connection.
  • the electrostatic pressure to work better the thinner and more flexible the wire to be laid.
  • Fig. 1 shows a preferred device for laying a metal wire on an insulating substrate.
  • the wire exits from a tube opening 24.
  • a shallow angle 23 between the wire and substrate surface is established.
  • FIG. 2 (a) shows the cross section of an adhesive coated metal wire
  • Fig. 2 (b) shows the cross section of an insulated with paint and coated with adhesive metal wire
  • Fig. 2 (c) shows the cross section of a bare wire, each loosely spaced on the substrate, before bonding.
  • Fig. 3 shows the cross sections of Fig. 2 after melting
  • the connecting material is in (a) and (b) the adhesive applied to the wire, in (c) the substrate material itself.
  • the surface of the molten compound material has each taken the form of a minimal surface, the surface tension closely connects the wire and the substrate.
  • Fig. 4 the crossing of two insulated metal wires in cross section, after the flow of the adhesive.
  • the last laid wire 11 conforms to the substrate surface via the first laid wire 1 due to the electrostatic attraction.
  • Fig. 5 shows a device for laying the wire similar to the device in Fig. 1, but with a guide roller 36 instead of the tube opening 24th
  • FIG. 6 schematically shows the course of the electric field lines between the wire 1 to be laid and the electrode 29 under the substrate plate according to FIG. 1 or 5.
  • Fig. 7 shows schematically the course of the electric field lines between the wire to be laid 1 and two electrodes 37, 38 on the substrate surface adjacent to the wire. 8 shows an alternative electrode arrangement for generating the electrostatic pressure force.
  • the wire 1 is not connected; This device also works for non-metallic wires.
  • FIG. 9 shows a device for contacting a component with the free end of a metal wire, which is depressed by electrostatic attraction to the solder-coated contact surface, while a permanent connection is produced by laser soldering.
  • Fig. 11 (b) shows a shielding device according to Fig. 11 (a) functionally analogous device with an auxiliary electrode to form a Faraday cage.
  • FIG. 1 The most important elements for carrying out the method according to the invention are shown in FIG. 1 for the case where a metallic wire coated with hot-melt adhesive is to be laid on an insulating substrate plate.
  • the wire 1 exits from a tube opening 24 and is electrostatically pulled down onto the surface 4 of the substrate plate.
  • the wire and one under the substrate plate are ordered electrode 29 connected to the poles 18, 19 of an electrical voltage source 32.
  • the connection of the pole 19 of the voltage source is located only to the edge of the laying head 20, but it is assumed here and below that there is a further electrical connection to the wire 1 in the interior of the head.
  • the laying head 20 For laying, the laying head 20 as a whole is moved in the direction 28 relative to the substrate surface.
  • the wire 1 unwinds from the supply spool 26. It first passes through a braking device 27, which provides for a predetermined tensile force F z of the wire, and further through the deflection tube 25. Its opening 24 is located close to the substrate surface.
  • the wire In the section designated 35, the wire is stretched due to the tensile force Fz and runs practically straight. It reaches the substrate surface at point 8 at a shallow angle ⁇ _ the latter is provided in FIG. 1 with the reference numeral 23.
  • the contact point 8 and the laying angle Y set themselves so that the perpendicular to the surface upwardly acting component F z sin Y of the tensile force is always in equilibrium with the electrostatic force density, which presses the wire onto the substrate.
  • the wire is again practically straight. Due to the electrostatic pressure force, it lies closely on the substrate surface. Between the two rectilinear sections 33 and 35 there is a short transition section 34 in which the wire is elastically curved.
  • the bonding of the wire to the substrate surface takes place by heating the latter, preferably only in a narrowly localized region.
  • a flame 30 is indicated by way of example in FIG. 1, which emerges from a burner tube 31 and is directed onto the substrate surface.
  • B x measured in the laying direction
  • B ⁇ measured perpendicular to the plane of FIG. 1
  • a lower limit consists of the requirement that the flame must supply so much heating power that the heated area reaches the necessary temperature for melting and flowing of the adhesive.
  • FIGS. 2 and 3 Details of this bond are shown in FIGS. 2 and 3.
  • a wire 1 laid without pressure force would lie loosely on the substrate. As a result of internal mechanical stresses, it would generally be curved, and there would be a certain irregularly-wide gap 9 between the wire and the surface. This is shown in Fig. 2.
  • the wire is pulled down onto the surface 4, and the joint width 9 disappears. If now heated, in the cases (a) and (b) the hot-melt adhesive 3 melts, in (c) the surface 4 of the substrate, and after flowing of the molten bonding material the situation shown in Fig. 3 results.
  • the hot melt adhesive 3 which was first applied as a thin layer on the wire 1 or on its insulation 2, the substrate surface 4 wetted and redistributed due to its surface tension. He has penetrated into the joint 9 and fills it out in the manner of grooves 5.
  • the electrostatic force pulls the wire into the melting surface, and after wetting the surface tension then continues to act in the same way. Again, two flutes 6 are formed.
  • the wire is generally circular in cross-section.
  • the electrostatic hold-down according to the invention also works with other cross-sectional shapes, in particular with a rectangular cross-section.
  • the laying tension F z must be selected to match the wire diameter used.
  • a good indication of F z is the "winding tension" known from coil winding technology. It is for wire diameters of 10 ... 100 microns in the range of 1 ... 10O cN and corresponds to a relative elongation of the wire of about 10 "3.
  • the laying tensile force F z is generated from the position shown in Fig. 1 the braking device 27. Simple braking devices work by friction by pulling the wire between preloaded brake shoes. This is indicated for the device 27. However, there is a risk of abrasion and contamination. To avoid these problems, as well as higher demands on the adjustability and constancy of F z , the wire can also be guided over a roller, which is braked by a so-called "torque motor".
  • Relative movement 28 expedient in such a way that the substrate is fixed and the lighter laying head is moved in a horizontal plane over it.
  • the laying speed v 0 should be at least 0.1 m / s for cost-efficient machine wire laying, better is 1 m / s and above.
  • Wire deflection For laying the wire must be deflected from the initially approximately perpendicular feed direction in a nearly horizontal direction. In order for this deflection to result in as little internal tension in the wire as possible, either a gently bent deflection tube 25 is used, as in FIG. 1, or a deflection roller 36 according to FIG. 5.
  • the electrostatic pressure force F E acting on the wire portion 33 is a consequence of the voltage U between the wire 1 and the electrode 29 under the substrate.
  • Fig. 6 shows in cross section how the electric field is distributed. In the region of the joint 9, between wire 1 and substrate 4, the field strength is greatest. This results in a downward force F E (z) on the wire 1.
  • z means the distance of the wire from the surface, ie the width of the joint 9.
  • f ⁇ (z) F E (z) / L 33, with the dimension [N / m].
  • This F E0 has the dimension [N] of a force.
  • the electrical voltage decisively determines the size of the electrostatic pressure force. Since the force increases quadratically with the voltage, it is advantageous for carrying out the method according to the invention to select the voltage as high as possible.
  • a well-known problem with electrostatic hold-downs is that electrical charges accumulate at the dielectric interfaces. They counteract the applied voltage in any case, thus weakening the electrostatic force. However, they can be largely avoided by quickly reversing the polarity of the applied voltage before even larger charges are built up. As a result, the charges are reduced and then new, with opposite signs, built. In order to remove it, it must then be reversed again, etc. Since the pressure force depends on U 2 , it does not change during the polarity reversals.
  • the switch 57 shown in FIG. 5 serves for this polarity switching. Equivalent to a DC voltage source 32 with such a periodic polarity switching 57 is the use of an AC voltage source with a symmetrically rectangular time characteristic.
  • the electrodes for generating the electrostatic pressure force in the devices of Figs. 1 and 5 are the wire 1 to be laid and the counter electrode 29.
  • the latter may preferably be in the form of a thin metal foil or a conductive coated glass plate placed under the substrate , This particularly simple arrangement is at the same time best. Given the stress U and moderate substrate thicknesses, it provides the greatest force.
  • two electrodes 37, 38 may be provided, which lie at a small distance symmetrically on both sides of the wire 1 to be laid on the substrate surface, cf. Fig. 7. They are connected together to the pole 18 of the voltage source to which the electrode 29 was located in the previous examples. Again, in the electric field that forms, the field strength in the region of the joint 9 maximum. For the wire 1 in turn results in a downward force, so a pressure on the surface 4. This arrangement is advantageous for large substrate thicknesses.
  • FIG. 8 A further alternative electrode arrangement for generating the electrostatic pressure force is shown in FIG. 8.
  • a number of electrode pairs 56a, 56b are used. It is advantageous to use a larger number of these electrode pairs. They are arranged in strips or as a checkerboard pattern under the substrate directly in the area where the wire to be laid is to be pressed. All pairs are electrically connected in parallel. In each case one electrode of all pairs is connected to the pole 18 of the voltage source, the other to the pole 19. The switch 57 allows again to switch this assignment. The wire 1 is not connected to the voltage source here. Therefore, this electrode assembly is also suitable for laying single short pieces of wire, as well as for non-metallic "wires,” commonly referred to as "fibers.”
  • Electrodes including, if necessary, the wire to be laid, must be connected to the used voltage source via suitable electrical connections. In the case of a DC voltage source, this means that the connections must be continuously conductive. When using an AC voltage source and a capacitive coupling of the electrodes is suitable.
  • insulating designated substrates such as glass, ceramics, polymers, Teslin and synthetic materials, paper, wood, leather, etc.
  • electrically conductive materials as substrates, which exist as endless roll or as a sheet for wire laying according to the invention Suitable method, ie metals and coated with a conductive metal layer insulators.
  • electrically conductive substrates in particular insulated metal wires can be laid in the manner described. In this case, the wire and the substrate must be connected to the voltage source, so that the attraction force comes between them. If the insulating layer is thin, as in the case of copper enameled wire, for example, a low electrical voltage is already present.
  • the laying method according to the invention with electrodes under the substrate, in which the wire is not connected but only works with insulating substrates, not with electrically conductive.
  • a melting compound material is generally suitable any material that is liquid when heated and in this state wets wire and substrate surface and connects by means of surface tension, so that they remain permanently connected after cooling.
  • the most important example are hot-melt adhesives, often referred to as “hot-melt adhesives”.
  • hot-melt adhesives often referred to as "hot-melt adhesives”.
  • thermoplastics that can be repeatedly melted down and, on the other hand, as “thermosets” that react thermally and can not be remelted afterwards.
  • the melting compound material can also be a solder, that is generally a metal alloy whose melting point is below the melting point of wire and substrate. The joining process is then a soldering process, and an example of a solder for copper wire is tin solder.
  • the material of the substrate surface or of the wire itself can also be considered as melting connecting material.
  • the joining process is then called thermocompression.
  • the pressure usually used with a hot tool can, according to the invention, be supplemented or completely replaced in the case of very thin wires by the electrostatic pressure force and local heating of the substrate surface.
  • the method according to the invention is particularly suitable for insulated wires in such a way that the wire to be joined is fixed immovably on the substrate by means of the electrostatic pressure force, and then in a conventional manner by means of a hot tool permanently connected by pressure.
  • the bonding material can be used as a layer on the substrate surface. Even then, flutes form during melting, similar to the joints 6 of FIG. 3 (c).
  • Hot melt coated wire is commercially available as a so-called "back wire” for making self-supporting coils.
  • the hot melt adhesive available types differ in their softening points, for example, polyvinyl butyral (110 0 C), phenoxy resin (140 0 C), or modified aliphatic polyamide (180 ° C).
  • the laying process can be divided into the two steps of wire bending and wire bonding.
  • the electrostatic attraction must already act during the first step at each point of the laying track and remain until the end of the second step.
  • the laying method according to the invention can also be modified in such a way that the heating of the substrate surface takes place first and the wire is then quickly placed on the surface and electrostatically pressed before the surface has cooled down again.
  • the heating of the substrate surface with mechanical wire laying can be carried out by means of a flame or a hot air blower, wherein the heat transfer takes place by convection.
  • the heating of the substrate surface by means of radiation is possible, wherein the radiation power is absorbed in the substrate.
  • hot-melt adhesives is the required surface temperature of about 100-300 0 C, pression in soldering and Thermokom- they could be significantly higher, up to 1000 0 C.
  • it is advantageous to control the supplied heating power so or regulate that the maximum surface temperature permitted for the joining process is not exceeded.
  • the heater should be turned off when the laying head is stationary.
  • the dynamics of the heating process is of interest for an optimal design of the heating. For continuous mechanical laying with immediately following heating and bonding, it is advantageous to limit the heating to a small, sharply localized area of the substrate surface. This reduces the mentioned mechanical stresses in the substrate and the necessary heating power.
  • the heating it is advantageous to limit the heating to a flat as possible area on the substrate surface.
  • the penetration depth of the radiation should be small, ie the absorption coefficient should be ⁇ > 1 / B z .
  • the heating time t H 1 millisecond. In this time the heat penetrates into glass (g «0,001 m / s % ) up to a depth B z a 50 ⁇ m.
  • the substrate material at the laser wavelength must have an absorption coefficient ⁇ ⁇ 10 3 cr ⁇ 1 . In this sense, the CO and CO 2 lasers are particularly well suited for heating glass substrates.
  • a more detailed analysis of this heating dynamics also shows that the heating power required scales with v 0 % B x % B ⁇ and is about 10 W in the case described above.
  • FIG. 1 An alternative form of fixing a wire according to the invention is sketched in FIG.
  • a circuit board 41 carries an electronic component 42 with metallic contact surfaces 44, 45.
  • the free end 48 of the wire 1 is to be mechanically and electrically connected by soldering to the contact surface 44, which takes over the role of the substrate here.
  • the laying head 20 is controlled so that the wire end 48 is positioned just above the contact surface 44.
  • the remaining distance 46 between wire and contact surface may be in the range of 0.03 - 0.3 mm, depending on the precision of the control.
  • the voltage source 32 is turned on. One of its poles is connected to the wire 1 via the laying head.
  • soldering is carried out by heating by means of a laser beam 50, which is focused by an optical system 70 on the contact surface.
  • the melting compound used in this example is a layer of solder, which is applied in a known manner as "tin-plating" on the contact surface and / or on the wire.
  • the amount of tension required for fixation depends on the bending stiffness and the length of the free end of the wire as well as the size of the wire Contact surface off. Experience has shown that with a 20 ⁇ m copper wire with 10 mm free end, a voltage of 200 V is sufficient.
  • the insulating layer forms a natural stop that determines the minimum of the gap 46.
  • a problem can be suspected here in case the wire is bare. In the state of fixation he short-circuits the voltage source, so that the low-holding force disappears. This problem, however, is a theoretical one. Practice shows that a bare wire is very well held down, as it is necessary for the solder joint. It bounces off the contact surface during impact, releasing the short circuit, but is immediately tightened again, etc. On average, it stays very close to the surface and also touches it, as does the flow and wetting of the solder necessary is.
  • the laying head must, in addition to the said devices for braking and deflection of the wire contain a number of other devices that are familiar to the expert, and therefore need not be described in detail here. They include devices
  • the laying track, along which the wire is laid, is generally curved. This requires that the wire is glued throughout.
  • the web may be in the form of a polygon, in which the wire is sectionwise straight and only has to be glued to the substrate at the corner points. This can offer the advantage of a higher laying speed.
  • the laying tracks are determined from the circuit and the arrangement of the components by a program ('router 1 ) and stored in the control computer of the laying head. The latter must then be controlled during installation so that the contact point 8 follows the laying track and at the same time the tensioned wire section 35 is always tangential to the desired path.
  • a program 'router 1
  • the latter must then be controlled during installation so that the contact point 8 follows the laying track and at the same time the tensioned wire section 35 is always tangential to the desired path.
  • the possible applications of the wire laying method for wire laying explained so far are decisively determined by the size of the achievable electrostatic attraction force which holds down the wire on the substrate. It can be increased by increasing the applied voltage until electrical breakdown occurs.
  • the substrate is critical, on the other hand, the medium surrounding the wire. The former limits the usable stress at very thin substrate thickness, at about 0.1 mm and below. At this substrate thickness, the breakdown voltage is in the range of 1-10 kV, depending on the substrate material.
  • the usable voltage is limited by the dielectric strength of the medium surrounding the wire. If the voltage in air is increased so much that the electric field strength at the wire surface exceeds a value of approx. 3-10 kV / mm, a thin, tubular corona discharge forms around the wire. she takes absorbs the overshooting part of the voltage increase and thus limits the achievable force.
  • the wiring can be done in a room filled with a gas of high dielectric strength and high pressure. This increases the voltage at which corona discharge starts. It is known from high-voltage technology that carbon dioxide CO 2 and nitrogen N 2 added with sulfur hexafluoride SF 6 are particularly suitable gases for this purpose. Both have a higher dielectric strength than air, and in both the dielectric strength increases monotonically with pressure. With them, the usable voltage can be increased by a factor of about 10 to 30 compared to atmospheric air, if a gas pressure up to 10 bar is used.
  • an insulating liquid can be selected as the surrounding medium.
  • herhigh frequency heating is suitable for local heating of the substrate to the melting temperature of the connecting material and the known from microwave ovens. It can be used for wire laying on non-metallic substrate materials that have a certain, not too low high-frequency absorption, such as polymers containing oxygen-containing molecular groups.
  • an electrode is arranged close to or next to the wire at the position of the heat source 30, to which a high-frequency high voltage, for example 2.4 GHz, is applied. The electric field of this voltage penetrates the substrate material and heats it up. The heated substrate volume is the smaller the closer the electrode is to the substrate surface 4.
  • substantially a single extended counter electrode 29 under the substrate is used (apart from the variant of FIG. 8).
  • the electrostatic attraction f E acting on the wire from this electrode is directed everywhere perpendicular to the surface of the substrate. This is illustrated in Fig. 10a.
  • the counterelectrode 29 is limited in its lateral extent and is arranged one or more times laterally of the wire, as shown in FIGS. 10 (b) and 10 (c)
  • the attractive force represented by the arrow 55 is given a lateral component, which is shown in FIG Wire laying for the lateral control of the laying path, in particular for laying along curved laying paths can be advantageously exploited.
  • FIGS. 10 (a) to 10 (f) This possibility of generating lateral forces by structuring the counterelectrode is explained in more detail with reference to a coordinate system shown in FIGS. 10 (a) to 10 (f).
  • a wire laying device is shown in cross-section, at a point in the region 35, where the wire 1 just does not touch the substrate surface 4.
  • the wire 1 to be laid is connected to the pole 19 of the voltage source 32, and it is first assumed that the extension of the electrodes in the X direction, right to the plane of the drawing, is much larger than the substrate thickness measured in the Z direction.
  • Fig. 10 (b) shows the situation over the edge of the counter electrode 29, which is slightly displaced from the wire in the positive Y direction.
  • the attractive force 55 which is directed from the wire to the counter-electrode 29, receives a positive Y-component due to this displacement and therefore acts not only downwards, but also laterally.
  • an auxiliary electrode 51 is additionally provided, the edge of which is displaced slightly in the negative Y direction relative to the wire. It is connected to the same pole 19 of the voltage source as the wire. At this edge of the auxiliary electrode 51, therefore, the same charge accumulates as on the wire and thus acts repellent on the wire.
  • the forces exerted by the counter electrode 29 and the auxiliary electrode 51 on the wire result in a total force 55 in the positive Y direction.
  • a total force in the negative Y direction is obtained.
  • the wire can therefore be deflected to one side or the other and so the installation path can be influenced.
  • the latter depends on the size and direction of the laying tension F z used and on the bending stiffness of the wire.
  • Particularly advantageous for the wire laying along a fixed path is the arrangement of FIG. 10 (d) with a single narrow, strip-shaped counter electrode 52, which follows the laying path.
  • the force 55 is simply directed down when the wire is just above the center of the counter electrode 52.
  • the wire position deviates in positive or negative Y-direction from this central position, z.
  • a lateral force component occurs, which seeks to pull the wire into the middle position. It causes (within certain limits) that the wire follows the path given by the counter-electrode 52 when it is laid.
  • the mentioned Y-force component which always returns to the center position, can be increased by arranging strip-shaped auxiliary electrodes 51 and 53 on both sides of the counterelectrode 52, which are at the potential of the wire 1.
  • auxiliary electrodes 54 and 56 are arranged on the substrate surface 4 on both sides of the laying path. They are connected to the same pole 19 of the voltage source 32 as the wire 1. Therefore, there is no attraction force between them and the wire, but a weak repulsive force dependent on the distance and the environment.
  • the counter electrode 29 in this embodiment has the continuous shape as shown in Fig. 10 (a).
  • the force exerted by the auxiliary electrodes 54 and 56 together on the wire has no Y component when the wire is centered over the gap between 54 and 56. In this case, only a downward total force, which is directed to the counter electrode 29 acts. However, if the wire 1 deviates laterally from the middle position and approaches one of the auxiliary electrodes, then it exerts a repulsive force, in each case returning to the center position. According to this principle of the combination of attractive and repulsive force components, the wire laying according to FIG. 10 (f) also works. Here, the wire 1 is laid on the substrate in the form of a flat coil with several turns.
  • these windings 58 have a weak repelling effect on the wire 1, similar to the auxiliary electrode 56 of FIG. 10 (e), and may hinder its positive engagement.
  • This problem is solved by placing a strip-shaped auxiliary electrode 54 on the substrate surface on the side of the wire 1 opposite the coil turns 58.
  • This auxiliary electrode 54 is electrically connected to the wire 1 and therefore also acts repulsively on the wire. It thus compensates for the repulsive effect of the windings 58 and allows the total force 55 to act in the direction of the edge of the counterelectrode 52 and actually leads to the positive laying.
  • FIG. 11 (b) there is a similar Faraday cage formed by the hood 61 and the auxiliary electrode 61 / u disposed on the lower surface of the substrate and connected to the potential of the wire 1.
  • Low-viscosity adhesive offers only low adhesion. Sufficient adhesion is achieved only by a subsequent increase in viscosity, ie by curing the adhesive. It is caused by cooling in the case of hot-melt adhesives, soldering and welding processes, in the case of low-heat adhesives by chemical reaction, triggered by the action of high-energy radiation or chemical substances. Examples of such low viscosity adhesives with radiation curing are the light or UV curing acrylate adhesives widely used in printed circuit board manufacture; an example of chemical curing the moisture-responsive cyanoacrylate adhesives.
  • high-viscosity adhesives curing can be omitted if sufficiently high pressure force is used. Because these adhesives hardly flow, a closer fit, so a higher pressure force is necessary than low-viscosity adhesives.
  • the high-viscosity pressure-sensitive adhesives known from adhesive tapes and adhesive labels may serve.
  • the method described can be used particularly advantageously in the laying and / or bonding of the thinnest, almost invisible metal wires on large transparent substrates. It allows a simple, safe handling of the wires when Lay and provide their secure fixation until the end of the fixation process. Especially in the area of smallest wire diameters, it complements the conventional wire laying methods, which present their greatest difficulties here.
  • the inventive method is particularly suitable for the production of transponders for use in security documents such as passports or smart cards or the like.

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Abstract

Beim maschinellen Verlegen von Draht auf einem Substrat muss der mit Kleber vorbeschichtete Draht eng an das Substrat angedrückt werden, ohne den Draht zu verletzen. Mit abnehmendem Drahtdurchmesser (< 0,1 mm) wird dies zunehmend schwierig. Der zu verlegende Draht (1) wird elektrostatisch an die Substratoberfläche (4) angedrückt. Dazu werden der Draht und eine unter dem Substrat liegende Elektrode (29) an eine elektrische Spannung angeschlossen. Die elektrische Anziehungskraft drückt den Draht so auf die Oberfläche nieder, dass er mit vorgegebener Zugkraft aus dem Verlegekopf (20) heraus fortlaufend ausgelegt werden kann. Während die Anziehungskraft wirkt, wird im Auflageabschnitt (33) des Drahtes die Substratoberfläche unter dem Draht erwärmt, um den Kleber zu schmelzen und den Draht zu verkleben. Das Verfahren eignet sich für nahezu unsichtbare elektrische Verbin- dungsleitungen mikroelektronischer Bauteile auf großen Glasscheiben, sowie zum Verlegen von Polymer- und Glasfasern auf Elektronik- Platinen.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Verlegen von dünnem Draht
Beschreibung
Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum maschinellen, rechnergesteuerten Verlegen von dünnem Draht auf der Oberfläche eines Substrates. Vorwiegend geht es dabei um metallischen Draht, aber auch um Draht aus nichtmetallischen Materialien wie Polymere, Glas oder Keramik. Für metallische Drähte ist der Anwendungsbereich die für das Auge nahezu unsichtbare elektrische Verbindung mikroelektronischer Bauteile und die Herstellung planarer Spulen, für nichtmetallische die Montage mikromechanischer und mikro-optischer Bauelemente.
Die Herstellung elektronischer Leiterplatten durch Verlegung diskreter Lei- tungsdrähte auf einem isolierenden Substrat war in den Anfangsjahren der
Leiterplattentechnik unter Schlagwörtern wie "multiwire"-Technik oder
"drahtgeschriebene Leiterplatte" bekannt geworden. Die Patentschriften
DE 23 26 861 , DE 32 47 344, DE 26 10 283, US 3,674,602, US 4,648,180 und US 4,864,723 beschreiben sie ganz allgemein, dazu Drahtverlegeein- richtungen mit einem Verlegekopf, der über das Substrat hinweggeführt wird und dabei einen Leiterdraht auf der Substratoberfläche ablegt.
Inzwischen sind Leiterplatten mit direkt verlegten Drähten nahezu vollkommen verdrängt durch Platten mit geätzten Leiterbahnen. Für Spezialanwen- düngen kann es aber immer noch vorteilhaft sein, Metalldraht auf einem isolierenden Substrat direkt zu verlegen. So beschreibt die Patentschrift US 7,000,314 runde Leitungsdrähte anstelle geätzter Leitungsbahnen, um die Packungsdichte und das Hochfrequenzverhalten einer Leiterplatte zu verbessern. Die Patentschrift DE 196 18 917 führt an, dass die Direktverle- gung von Drähten in bestimmten Fällen vorteilhafter sei als die Leiterbahnerzeugung durch Ätzung aus einer großflächig abgeschiedenen Metallschicht. Bei vorgegebener Schaltung kommt dies Argument allgemein Bei vorgegebener Schaltung kommt dies Argument allgemein umso stärker zum Tragen, je größer die Fläche des Substrates ist, weil Material- und Arbeitsaufwand bei planarer (Abscheide- und Ätz-)Technik proportional zur Substratfläche ansteigen, bei der Verlegetechnik aber nur proportional zur Drahtlänge. Von besonderem Interesse ist die direkte Verlegung von isoliertem Draht, etwa in der Form preiswerten Kupferlackdrahtes, weil damit isolierende Leitungskreuzungen durch einfaches Übereinanderlegen der Drähte problemlos realisiert werden können. Im Gegensatz dazu muss bei der Kreuzung blanker Drähten eine isolierende Folie zwischengelegt werden wie in EP 1 004 226, und bei geätzten Schaltungen kann ein Kurzschluss der Leitungen nur durch aufwändiges Ausweichen in die dritte Dimension vermieden werden. Breite Anwendung findet die Drahtverlegetechnik heute zur Herstellung so genannter "Antennenspulen" für RFID-Transponder, wie in DE 44 10 732 ausgeführt. Schließlich beruht die in DE 102 47 553 offenbar- te Optische Anzeigevorrichtung" entscheidend auf der Tatsache, dass, senkrecht auf das Substrat blickend, ein runder Leitungsdraht schmaler erscheint als eine typische geätzte Leiterbahn gleichen Querschnitts. Bei Verlegung des Drahtes auf einem Glassubstrat ergibt sich dadurch gegenüber der geätzten Leiterbahn eine höhere optische Transparenz, wenn man durch die Substratscheibe hindurchblickt. Wird der Drahtdurchmesser hinreichend klein gewählt, etwa unterhalb von 25 μm, so sind derartige Verbindungsdrähte für das unbewaffnete Auge nahezu unsichtbar.
Gemäß diesem Stand der Technik wird der zu verlegende Draht von einer Vorratsspule abgespult und im Verlegekopf über einen Umlenkkanal oder eine Umlenkrolle so in unmittelbare Nähe der Substratoberfläche geführt, dass er nahezu parallel zu derselben verläuft. Er wird dann durch eine Andruckrolle oder ein anderes Werkzeug gegen die Substratoberfläche gedrückt und darauf befestigt, wie in der Patentschrift US 4,918,260 explizit beschrieben. Bevorzugt werden bei dieser Fügemethode thermoplastische Kleber benutzt, insbesondere Schmelzkleber, die zunächst als Beschichtung auf den Draht oder auf die Substratoberfläche aufgebracht worden sind. Beim Verlegen wird dieser Kleber durch Erwärmung zum Schmelzen und Zerfließen gebracht und verbindet beide Fügepartner so eng wie möglich. Nach Erkalten des Klebers haftet der verlegte Draht dann permanent an der Substratoberfläche. Eng verwandte Fügemethoden, mittels derer ein Draht auf eine Substratoberfläche verlegt werden kann, sind das Löten und die Thermokompression. Auch bei ihnen wird die Oberflächenspannung eines schmelzflüssigen Verbindungsmaterials ausgenutzt, um eine enge Verbindung zwischen Draht und Substratoberfläche herzustellen. Schmelzflüssiges Metall wird, wie bekannt, in der Leiterplattentechnik dort eingesetzt, wo die Verbindung elektrisch leitend sein muss, beispielsweise an den Kontaktflächen elektronischer Bauteile ('bonding pads'). Dabei unterscheiden sich die Fügeverfahren Löten und Thermokompression, indem bei letzterem eines der zu verbindenden Materialien selbst schmelzflüssig wird, während bei ersterem das Lot als niedriger schmelzendes Verbindungsmaterial zusätzlich eingebracht wird.
Eine grundlegende Schwierigkeit ist bei allen genannten Verlegemethoden durch die Notwendigkeit gegeben, dass der Draht zur Befestigung eng auf die Substratoberfläche aufgedrückt werden muss. Nur wenn er die Oberfläche direkt - also mit einer gewissen positiven Andruckkraft - berührt, wird das bei Erwärmung zerfließende Verbindungsmaterial zugleich den Draht und die Substratoberfläche benetzen. Nur dann wird es sich durch Oberflächenspannung und Kapillarkraft so ausbreiten und in die Verbindungsfuge eindringen, wie es für eine gute Haftung des Drahtes notwendig ist. Bleibt nach dem Schmelzen auch nur ein kleiner, endlicher Abstand zwischen Draht und Substratoberfläche bzw. den aufgebrachten Kleberschichten, so finden dieser Fließprozess und die Verklebung nicht statt.
Da der zu verlegende Draht nie perfekt geradlinig ist und die Substratoberfläche nie perfekt eben ist, muss die Andruckkraft hinreichend groß sein, den Draht so zu biegen, dass er sich überall der Oberflächenkontur anschmiegt. Um die erwähnte Überkreuzung isolierter Drähte zu berücksichtigen, soll die Oberflächenkontur" hier auch querverlaufende Drähte mit umfassen, die schon in einem früheren Arbeitsgang auf der Substratoberfläche verlegt wurden. Über sie hinweg muss der aktuell zu verlegende Draht an das Substrat angedrückt werden. Das Andrücken mit einer gewissen Mindestkraft ist somit für eine erfolgreiche Verlegung essentiell.
Das Andrücken ist bei maschineller Verlegung einer der kritischsten Verfah- rensschritte. Aufgrund des mechanischen Kontaktes kann das Andruckwerkzeug den Querschnitt eines dünnen Drahtes verformen. Es kann die Oberfläche oder Isolation des Drahtes verletzen und somit zu Kurzschlüssen führen. Infolge des mechanischen Kontaktes besteht zudem permanent die Gefahr, dass das Andruckwerkzeug durch Abrieb von Isolationsmaterial oder Kleber verschmutzt und fortlaufend gereinigt werden muss, wie in US 4,864,723 näher beschrieben. Alle diese Schwierigkeiten kann man unter dem Begriff "Handhabung des Drahtes" zusammenfassen. Sie werden umso größer, je dünner der zu verlegende Draht ist. Bei Drahtdurchmessern unter 0,1 mm sind sie meist so gravierend, dass die bekannten Verfahren der Drahtverlegung versagen.
Zur Lösung dieser Probleme schlägt US 6,400,882 ein Verlegeverfahren vor, bei dem die Andruckkraft quasi berührungslos erzeugt wird. Dazu wird die Biegesteifigkeit des Drahtes ausgenutzt. Der Draht wird, aus einem engen, beheizten Umlenkrohr kommend, unter einem flachen Winkel schräg gegen die Substratoberfläche gedrückt und klebt dort an. Ein spezielles Andruckwerkzeug ist nicht erforderlich. Dieses Verfahren löst die genannten Probleme jedoch nur teilweise, denn indirekt wirkt hier das Umlenkrohr als Andruckwerkzeug und unterliegt denselben Abrieb- und Verschmutzungsprob- lernen. Zum anderen funktioniert dies Verfahren nur bei dickeren Drähten mit hinreichender Biegesteifigkeit, und zum dritten existiert die Andruckkraft nur lokal, unmittelbar am Berührungspunkt des Drahtes am Substrat. Diese Situation mag bei dickem Draht funktionieren, bei dünnem Draht reichen jedoch Andruckkraft und Wärmeübertrag für eine gute Verklebung nicht aus. Dies sollte nach der folgenden Darstellung der Erwärmungsprobleme noch besser verständlich werden.
Ein weiteres Problem tritt bei Verlegung von dünnem Draht nach dem Stande der Technik in Fällen auf, bei denen eine Erwärmung zum Schmelzen eines Klebers erforderlich ist. Erfolgt die Erwärmung durch Berührung des Drahtes mit einem heißen Andruckwerkzeug, so besteht die Tendenz, dass der Draht nicht nur an der Substratoberfläche, sondern auch am Werkzeug haftet. Beim Zurückziehen des Werkzeuges kann er vom Substrat wieder abreißen. Wird stattdessen berührungslos durch Wärmeeinstrahlung oder Anblasen mit Heißluft erwärmt, so besteht die Gefahr ungleichmäßiger Er- wärmung. An den Stellen, wo der Draht die Substratoberfläche berührt, also guten thermischen Kontakt hat, werden sich Draht und Oberfläche gemeinsam erwärmen und verkleben. An Stellen mit schlechtem thermischem Kontakt wird sich der Draht jedoch schneller und höher erwärmen als die Substratoberfläche, was zu Überhitzung und Zersetzung des Klebers und man- gelhafter Verklebung führen kann.
Schließlich besteht Bruchgefahr, wenn das Substrat spröde ist und nur geringe thermische Spannungen verträgt. Dies Problem existiert speziell bei der Verlegung von dünnem Draht (Durchmesser kleiner als 50 μm) auf Glas- Substraten und Erwärmung mittels Strahlung. Wie eine einfache thermody- namische Abschätzung zeigt, ist es dann nicht ausreichend, allein den Draht auf die zur Klebung erwünschte Temperatur im Bereich von ca. 100 - 300 0C aufzuheizen. Bleibt dabei die Substratoberfläche kalt, so kühlt sie den Draht im Moment der Berührung aufgrund ihrer Wärmekapazität sehr schnell ab, und das zur Klebung notwendige Fließen des Klebers unterbleibt. Bei Drähten im genannten Durchmesserbereich erfolgt der Temperaturausgleich nämlich innerhalb weniger Mikrosekunden, während der mit dem Fließen verbundene Massentransportprozess mindestens eine Größenordnung langsamer ist. Für eine erfolgreiche Drahtverlegung ist es daher unumgänglich, die Substratoberfläche unter dem zu verlegenden Draht zu erwärmen. Der darauf aufliegende Draht hat bei gutem Kontakt dann praktisch dieselbe Temperatur wie sie, und das für eine gute Haftung des Drahtes notwendige Fließen kann stattfinden.
Die Erwärmung der Substratoberfläche erzeugt im Substrat jedoch mechani- sehe Spannungen, die umso größer sind, je höher die Temperatur und je größer der erwärmte Oberflächenbereich sind. Um die Gefahr mechanischen Versagens infolge dieser Spannungen gering zu halten ist deshalb anzustreben, den erwärmten Bereich so klein wie möglich zu halten und dabei dennoch, wenn auch nur kurzzeitig, die zum Kleben notwendige Temperatur zu erreichen.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die zur Verlegung von dünnem Draht auf einem Substrat notwendige Andruckkraft des Drahtes an die Substratoberfläche berührungsfrei entlang einem gewissen Abschnitt des Drahtes zu erzeugen um dann, für den Fall, dass während des Andrucks, in dem angedrückten Drahtabschnitt die Substratoberfläche auf die Fließtemperatur des Klebers aufheizen zu können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Andruckkraft elektrostatisch erzeugt wird.
Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verlegeverfahrens gegenüber dem Stand der Technik liegt darin, dass es berührungslos, ohne Andruckwerkzeug arbeitet, so dass der Draht und gegebenenfalls seine Isolie- rung unversehrt bleiben. Es existiert auch keine Verschmutzungsgefahr eines Andruckwerkzeuges. Ein anderer Vorteil ist, dass die elektrostatische Andruckkraft auf dem gesamten Auflage-Abschnitt des Drahtes wirkt. Dadurch schmiegt er sich, wie beschrieben, selbsttätig an bestehende Unebenheiten und Konturen der Substratoberfläche in einer Weise an, die mit mechanischen Andruckwerkzeugen nur schwer erreichbar ist. Dies An- schmiegen erfolgt schon bei Raumtemperatur und - infolge des sich beim Schmelzen verringernden Abstandes - erst recht bei der höheren Schmelztemperatur. Der auf dem Draht befindliche Heißkleber kann deshalb nach dem Schmelzen die Substratoberfläche schnell benetzten, so dass eine sichere Verbindung resultiert. Generell vorteilhaft ist schließlich, dass der e- lektrostatische Andruck umso besser funktioniert, je dünner und biegsamer der zu verlegende Draht ist. Damit ergänzt das erfindungsgemäße Verfahren gerade im Bereich kleinster Drahtdurchmesser die bekannten Verfahren, die hier ihre größten Schwierigkeiten aufweisen.
Das erfindungsgemäße Verfahren und Vorrichtungen zur Durchführung desselben sind in den Zeichnungen beispielhaft illustriert. Es zeigen
Fig. 1 eine bevorzugte Vorrichtung zur Verlegung eines Metalldrahtes auf einem isolierenden Substrat. Der Draht tritt aus einer Rohröffnung 24 aus. Im Gleichgewicht zwischen der elektrostatischen Anziehung und der Verlegezugkraft stellt sich ein flacher Winkel 23 zwischen Draht und Substratoberfläche ein.
Fig. 2(a) den Querschnitt eines mit Kleber beschichteten Metalldrahtes,
Fig. 2(b) den Querschnitt eines mit Lack isolierten und mit Kleber beschichteten Metalldrahtes, und Fig. 2(c) den Querschnitt eines blanken Drahtes, alle jeweils in geringem Abstand lose auf dem Substrat liegend, vor dem Verkleben.
Fig. 3 die Querschnitte aus Fig. 2 nach dem Schmelzen und
Fließen des Verbindungsmaterials. Letzteres ist in (a) und (b) der auf den Draht aufgebrachte Kleber, in (c) das Substratmaterial selbst. Die Oberfläche des geschmolzenen Verbindungsmaterials hat jeweils die Form einer Minimalfläche angenommen, die Oberflächenspannung verbindet Draht und Substrat eng miteinander.
Fig. 4 die Kreuzung zweier isolierter Metalldrähte im Querschnitt, nach dem Fließen des Klebers. Der zuletzt ver- legte Draht 11 schmiegt sich aufgrund der elektrostatischen Anziehung über den zuerst verlegten Draht 1 hinweg an die Substratoberfläche an.
Fig. 5 eine Vorrichtung zur Verlegung des Drahtes ähnlich der Vorrichtung in Fig. 1 , aber mit einer Umlenkrolle 36 anstelle der Rohröffnung 24.
Fig. 6 schematisch den Verlauf der elektrischen Feldlinien zwischen dem zu verlegenden Draht 1 und der Elektrode 29 unter der Substratplatte gemäß Fig. 1 oder 5.
Fig. 7 schematisch den Verlauf der elektrischen Feldlinien zwischen dem zu verlegenden Draht 1 und zwei Elektroden 37, 38 auf der Substratoberfläche neben dem Draht. Fig. 8 eine alternative Elektrodenanordnung zur Erzeugung der elektrostatischen Andruckkraft. Hier ist der Draht 1 nicht angeschlossen; diese Vorrichtung funktioniert auch für nichtmetallische Drähte.
Fig. 9 eine Vorrichtung zur Kontaktierung eines Bauteiles mit dem freien Ende eines Metalldrahtes, der durch elektrostatische Anziehung auf die mit Lot beschichtete Kontaktfläche niedergedrückt wird, während eine dauerhafte Verbindung durch Laserlöten erzeugt wird;
Fig. 10(a) bis (f) Schnittdarstellungen von Draht- und Elektrodenanordnungen zur Erzeugung elektronischer Felder, die einen auf einem Substrat zu verlegenden Draht an die Ober- fläche des Substrats andrücken;
Fig. 11 (a) eine schematisch vereinfachte Abschirmeinrichtung zum
Schutz eines Bauelements (Chip-Modul oder Strap) gegen elektrische Felder, in einer den Fig. 10(a) bis 10(f) entsprechenden Darstellung; und
Fig. 11 (b) eine der Abschirmeinrichtung gemäß Fig. 11 (a) funktionsanaloge Einrichtung mit einer Hilfselektrode zur Bildung eines Faraday-Käfigs.
Die wichtigsten Elemente zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Fig. 1 für den Fall dargestellt, dass ein mit Heißkleber beschichteter metallischer Draht auf einer isolierenden Substratplatte verlegt werden soll. Im Verlegekopf 20 tritt der Draht 1 aus einer Rohröffnung 24 aus und wird elektrostatisch auf die Oberfläche 4 der Substratplatte heruntergezogen. Zu diesem Zweck sind der Draht und eine unter der Substratplatte an- geordnete Elektrode 29 an die Pole 18, 19 einer elektrischen Spannungsquelle 32 angeschlossen. In Fig. 1 ist die Verbindung des Pols 19 der Spannungsquelle nur bis zum Rand des Verlegekopfes 20 eingezeichnet, es wird aber hier und im folgenden unterstellt, dass eine weiterführende elektrische Verbindung zum Draht 1 im Inneren des Kopfes besteht.
Zum Verlegen wird der Verlegekopf 20 als Ganzes relativ zur Substratoberfläche in der Richtung 28 bewegt. Dabei spult sich der Draht 1 von der Vorratsspule 26 ab. Er läuft zunächst durch eine Bremseinrichtung 27, die für eine vorbestimmte Zugkraft Fz des Drahtes sorgt, und weiter durch das Umlenkrohr 25. Dessen Öffnung 24 befindet sich dicht über der Substratoberfläche. In dem mit 35 bezeichneten Abschnitt ist der Draht aufgrund der Zugkraft Fz gespannt und verläuft praktisch geradlinig. Er erreicht die Substratoberfläche am Punkt 8 unter einem flachen Winkel γ_ Letzterer ist in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 23 versehen. Der Berührungspunkt 8 und der Verlegewinkel Y stellen sich selbsttätig so ein, dass die senkrecht zur Oberfläche nach oben wirkende Komponente Fz sin Y der Zugkraft stets im Gleichgewicht ist mit der elektrostatischen Kraftdichte, die den Draht auf das Substrat niederdrückt. Typische Werte des Verlegewinkels liegen bei γ = 1 °...5°. Im Abschnitt 34, jenseits des Oberflächen-Berührungspunktes 8, verläuft der Draht dann wieder praktisch geradlinig. Aufgrund der elektrostatischen Andruckkraft liegt er hier eng auf der Substratoberfläche auf. Zwischen den beiden geradlinigen Abschnitten 33 und 35 existiert ein kurzer Übergangsabschnitt 34, in dem der Draht elastisch gekrümmt ist.
Im Auflageabschnitt 33 erfolgt die Verklebung des Drahtes auf die Substratoberfläche, indem letztere erhitzt wird, vorzugsweise nur in einem eng lokalisierten Bereich. Hierzu ist in Fig. 1 beispielhaft eine Flamme 30 angedeutet, die aus einem Brennerrohr 31 austritt und auf die Substratoberfläche gerichtet ist. Wegen der erwähnten thermischen Spannungen im Substrat ist es vorteilhaft, die Breiten Bx (in der Verlegerichtung gemessen) und Bγ (senkrecht zur Ebene der Fig. 1 gemessen) der Flamme so klein wie möglich recht zur Ebene der Fig. 1 gemessen) der Flamme so klein wie möglich zu wählen. Eine Untergrenze besteht dabei durch die Forderung, dass die Flamme soviel Heizleistung liefern muss, dass der aufgeheizte Bereich die zum Schmelzen und Fließen des Klebers notwendige Temperatur erreicht.
Details dieser Verklebung sind in den Fig. 2 und 3 dargestellt. Ein ohne An- druckkraft verlegter Draht 1 würde lose auf dem Substrat liegen. Infolge innerer mechanischer Spannungen wäre er im Allgemeinen gekrümmt, und es würde eine gewisse unregelmäßig breite Fuge 9 zwischen Draht und Ober- fläche bestehen. Dies zeigt Fig. 2. Mit der Andruckkraft jedoch, die von der gegenseitigen elektrostatischen Anziehung von Draht und Elektrode 29 herrührt, wird der Draht auf die Oberfläche 4 heruntergezogen, und die Fugenbreite 9 verschwindet. Wird nun erwärmt, so schmilzt in den Fällen (a) und (b) der Heißkleber 3, in (c) die Oberfläche 4 des Substrates, und nach dem Fließen des geschmolzenen Verbindungsmaterials resultiert die in Fig. 3 gezeigte Situation. Hier hat der Heißkleber 3, der zunächst als dünne Schicht auf dem Draht 1 oder auf dessen Isolierung 2 aufgebracht war, die Substratoberfläche 4 benetzt und sich aufgrund seiner Oberflächenspannung neu verteilt. Er ist in die Fuge 9 eingedrungen und füllt sie in der Art von Hohlkehlen 5 aus. Im Falle (c) zieht zunächst die elektrostatische Kraft den Draht in die schmelzende Oberfläche hinein, und nach der Benetzung wirkt dann die Oberflächenspannung im gleichen Sinne weiter. Auch hier bilden sich zwei Hohlkehlen 6 aus.
Entsprechende, aber komplexere Benetzungs- und Fließvorgänge finden bei der Überkreuzung zweier isolierter Drähte statt, wie in Fig. 4 im Querschnitt skizziert. Draht 1 mit der Isolationsschicht 2 wurde zuerst verlegt und auf der Substratoberfläche 4 verklebt. Über ihn hinweg wurde dann der Draht 11 mit Isolationsschicht 12 geführt. Er schmiegt sich, gemäß seiner Biegesteifigkeit und der elektrostatischen Kraft an die durch 1 , 2, 4 gegebene Kontur an. Beim Erwärmen fließt der Heißkleber auch in die konkav-konvexen Bereiche 7.
Weitere Details und alternative Ausführungsformen des Verfahrens sowie typische Parameter der verwendeten Vorrichtungen erschließen sich aus der nachfolgenden genaueren Beschreibung der genannten Prozessschritte, der das Verfahren charakterisierenden Begriffe, und der Fig. 5 bis 9.
Dabei wird weiterhin vereinfachend unterstellt, dass ein runder Metalldraht, der dünn mit Heißkleber beschichtet ist, also ein so genannter "Backlackdraht", auf einer isolierenden Substratplatte, etwa aus Glas, verlegt werden soll. Allgemeinere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und Vorrichtungen dazu, mit anderen Materialien und anderen Fügeverfahren, werden im Anschluss beschrieben. Die wichtigsten Begriffe sind diese:
Der Draht hat im Allgemeinen kreisförmigen Querschnitt. Die erfindungsgemäße elektrostatische Niederhaltung funktioniert aber auch bei anderen Querschnittsformen, insbesondere bei rechteckigem Querschnitt.
Die genannten Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens kommen besonders gut zur Geltung, wenn der Drahtdurchmesser, beziehungsweise seine senkrecht zur Oberfläche gemessene Dicke, unterhalb von 50 μm liegt, weil dann die Biegesteifigkeit des Drahtes gering ist. In geringerem Maße existieren die Vorteile aber auch oberhalb dieses Grenzwertes.
Die Verlegezugkraft Fz muss passend zum verwendeten Drahtdurchmesser gewählt werden. Ein guter Anhaltspunkt für Fz ist der aus der Spulenwickel- Technik her bekannte "Wickelzug". Er liegt für Drahtdurchmesser von 10 ... 100 μm im Bereich von 1 ... 10O cN und entspricht einer relativen Dehnung des Drahtes von etwa 10"3. Die Verlegezugkraft Fz wird von der in Fig. 1 gezeigten Bremseinrichtung 27 erzeugt. Einfache Bremseinrichtungen arbeiten mittels Reibung, indem der Draht zwischen vorgespannten Bremsbacken hindurchgezogen wird. Dies ist für die Vorrichtung 27 angedeutet. Dabei besteht jedoch die Gefahr von Abrieb und Verschmutzung. Zur Vermeidung dieser Probleme, sowie bei höheren Ansprüchen an die Einstell- barkeit und Konstanz von Fz kann der Draht bekanntlich auch über eine Rolle geführt werden, die von einem so genanntem "Torque-Motor" gebremst wird.
Die Verlegegeschwindigkeit. Da die hier interessierenden, relativ schwe- ren Substrate typisch horizontal liegen, erfolgt die zur Verlegung notwendige
Relativbewegung 28 zweckmäßig in der Weise, dass das Substrat feststeht und der leichtere Verlegekopf in einer horizontalen Ebene darüber hinweg bewegt wird. Die Verlegegeschwindigkeit v0 sollte für eine kosteneffiziente maschinelle Drahtverlegung mindestens 0,1 m/s betragen, besser ist 1 m/s und darüber.
Draht-Umlenkung. Zur Verlegung muss der Draht aus der zunächst etwa senkrechten Zuführungsrichtung in eine nahezu horizontale Richtung umgelenkt werden. Damit aus dieser Umlenkung möglichst wenig innere Span- nung im Draht resultiert, wird entweder ein sanft gebogenes Umlenkrohr 25 benutz, wie in Fig. 1 , oder eine Umlenkrolle 36 gemäß Fig. 5.
Die elektrostatische Andruckkraft FE, die auf den Drahtabschnitt 33 wirkt, ist eine Folge der elektrischen Spannung U zwischen dem Draht 1 und der Elektrode 29 unter dem Substrat. Fig. 6 zeigt im Querschnitt, wie das elektrische Feld verteilt ist. Im Bereich der Fuge 9, zwischen Draht 1 und Substrat 4, ist die Feldstärke am größten. Dadurch resultiert eine auf den Draht 1 nach unten wirkende Kraft FE(z). Hier bedeutet z den Abstand des Drahtes von der Oberfläche, also die Weite der Fuge 9. Die Kraft ist maximal bei auf- liegendem Draht (z=0). Mit zunehmender Fugenweite z wird sie kleiner und verschwindet rasch, wenn z größer wird als der Drahtdurchmesser. Sie ist proportional zur Länge L33 des Drahtabschnittes 33. Deshalb ist es zweckmäßig, sie durch eine längenbezogene Kraftdichte zu charakterisieren, fε(z) = FE(z)/L33, mit der Dimension [N/m].
Die absolute Größe dieser Kraftdichte fE(z) hängt in komplizierter Weise vom Durchmesser und der Beschichtung des Drahtes ab, von der Dicke der Substratplatte und ihrer Dielektrizitätskonstante, sowie von der angelegten Spannung. Vereinfachend kann aber für Glas-Substrate von 4 mm Dicke und isolierte Drähte mittleren Durchmessers beim Minimalabstand für überschlä- gige Rechnungen fE(z=0) « 0,05 U2 [N/m] angesetzt werden, wobei U der Effektivwert der angelegten Spannung in [kV] ist. Bei einer Spannung von U = 2 kV liegt die maximale Andruck-Kraftdichte also in der Größenordnung fE « 0,2 [N/m].
Der Verlegewinkel 23, der sich aufgrund des erwähnten Kräftegleichgewichts einstellt, folgt aus einer einfachen Energie-Abschätzung,
Y « (2 FE0 / Fz)1/
Hier bedeutet FE0 = J fE(z) dz die längenbezogene potentielle Energie der Kraftdichte fE(z), wobei die Integration von z = 0 bis zu einem sehr großem Abstand auszuführen ist, bei dem fE(z) verschwindet. Dies FE0 hat die Dimension [N] einer Kraft. Für einen Draht vom typischen Durchmesser 20 μm liegt ihre Größe bei FE0 « 2 U2 10"6 [N]. Mit U = 2 kV und einer Verlegekraft von Fz = 10"2 N stellt sich der Verlegewinkel auf v« 2,3° ein.
Der elastisch gekrümmte Drahtabschnitt 34 ist in seiner Länge Lκ durch die elastische Biegesteifigkeit S des Drahtes und die Zugkraft Fz bestimmt. Näherungsweise gilt Lκ = (S / Fz)% . Für Kupferdrähte liegt diese Länge in der Größenordnung Lκ ~ 0,1 ...10 mm, wenn der Drahtdurchmesser im Bereich 10...100 μm variiert. Die elektrische Spannung bestimmt entscheidend die Größe der elektrostatischen Andruckkraft. Da die Kraft quadratisch mit der Spannung anwächst, ist es vorteilhaft für die Durchführung des erfindungsgemäßen Ver- fahrens, die Spannung möglichst hoch zu wählen. Eine technische Obergrenze ist dabei durch das Einsetzen von Koronaentladung an scharfen E- cken und Kanten gegeben, sowie durch die elektrische Durchschlagsfestigkeit der zu verdrahtenden Substratplatte. In einer praktisch ausgeführten Vorrichtung zur Drahtverlegung auf einer 4 mm dicken Glasscheibe war eine Spannung von U = 2 kV voll ausreichend zum Verlegen von 20 μm Draht.
Ein bekanntes Problem elektrostatischer Niederhaltungen ist, dass sich an den dielektrischen Grenzflächen elektrische Ladungen ansammeln. Sie wirken in jedem Falle der angelegten Spannung entgegen, schwächen also die elektrostatische Kraft. Sie lassen sich aber weitgehend vermeiden, indem man rasch, ehe noch größere Ladungen aufgebaut sind, die Polarität der angelegten Spannung umkehrt. Dadurch werden die Ladungen abgebaut und dann neue, mit umgekehrtem Vorzeichen, aufgebaut. Zu deren Abbau muss dann erneut umgepolt werden, usw. Da die Andruckkraft von U2 ab- hängt, ändert sie sich bei den Umpolungen nicht. Diesen Polaritätsumschal- tungen dient der in Fig. 5 gezeigte Schalter 57. Äquivalent zu einer Gleichspannungsquelle 32 mit einer solchen periodischen Polaritätsumschaltung 57 ist die Verwendung einer Wechselspannungsquelle mit symmetrisch rechteckigem Zeitverlauf.
Die Elektroden zur Erzeugung der elektrostatischen Andruckkraft in den Vorrichtungen der Fig. 1 und 5 sind der zu verlegende Draht 1 und die Gegenelektrode 29. Letztere kann vorzugsweise die Form einer dünnen Metallfolie oder einer leitend beschichteten Glasplatte haben, die unter das Sub- strat gelegt wird. Diese besonders einfache Anordnung ist zugleich die günstigste. Bei gegebener Spannung U und mäßigen Substratdicken liefert sie die größte Kraft.
Alternativ können anstelle der einen Gegenelektrode 29 zwei Elektroden 37, 38 vorgesehen werden, die in geringem Abstand symmetrisch zu beiden Seiten des zu verlegenden Drahtes 1 auf der Substratoberfläche aufliegen, vgl. Fig. 7. Sie werden gemeinsam an den Pol 18 der Spannungsquelle angeschlossen, an dem in den vorhergehenden Beispielen die Elektrode 29 lag. Auch hier ist in dem elektrischen Feld, das sich ausbildet, die Feldstärke im Bereich der Fuge 9 maximal. Für den Draht 1 resultiert wiederum eine nach unten gerichtete Kraft, also ein Andruck an die Oberfläche 4. Diese Anordnung ist bei großen Substratdicken vorteilhaft.
Eine weitere alternative Elektrodenanordnung zur Erzeugung der elektrosta- tischen Andruckkraft zeigt Fig. 8. Hier wird eine Anzahl von Elektrodenpaaren 56a, 56b benutzt. Vorteilhaft ist die Verwendung einer größeren Anzahl dieser Elektroden-Paare. Sie sind streifenweise oder als Schachbrettmuster unter dem Substrat direkt in dem Bereich angeordnet, wo der zu verlegende Draht angedrückt werden soll. Alle Paare sind elektrisch parallel geschaltet. Jeweils eine Elektrode aller Paare ist an den Pol 18 der Spannungsquelle angeschlossen, die andere an den Pol 19. Der Umschalter 57 erlaubt es wieder, diese Zuordnung umzuschalten. Der Draht 1 ist hier nicht mit der Spannungsquelle verbunden. Deshalb ist diese Elektrodenanordnung auch für das Verlegen einzelner kurzer Drahtstücke geeignet, sowie für nichtme- tallischer "Drähte", die gewöhnlich als "Fasern" bezeichnet werden.
Vorteilhaft sind schließlich auch ähnliche Anordnungen dieser Art mit Elekt- roden-Tripeln anstelle von Paaren unter dem Substrat. Sind diese Tripel symmetrisch aufgebaut und werden mit um 120° phasenverschobenen Si- nus-Wechselspannungen gespeist, so resultiert im räumlichen Mittel über mehrere Elektroden-Tripel eine besonders gleichmäßige Andruckkraft. In allen genannten Fällen müssen die Elektroden, gegebenenfalls einschließlich des zu verlegenden Drahtes, über geeignete elektrische Verbindungen an die benutzte Spannungsquelle angeschlossen werden. Im Falle einer Gleichspannungsquelle bedeutet dies, dass die Verbindungen durchgehend galvanisch leitend sein müssen. Bei Verwendung einer Wechselspannungsquelle ist auch eine kapazitive Ankopplung der Elektroden geeignet.
Die Sicherheit des Bedienpersonals und der zu verdrahtenden elektronischen Bauteile verdient besondere Beachtung bezüglich der Hochspannung, die zur Erzeugung der Andruckkraft notwendig ist. Praktische Erfahrungen mit anderen elektrostatischen Niederhaltungen zeigen, dass auch bei Spannungen von 5 kV und mehr der Personenschutz einfach dadurch gewährleis- tet werden kann, dass die Spannungsquelle mit einem hinreichend hohem Innenwiderstand versehen wird. Er begrenzt den möglichen Fehlerstrom, beispielsweise auf Werte < 20 mA, so dass auch bei versehentlicher Berührung keine Lebensgefahr für das Personal besteht.
Schwieriger ist der Schutz empfindlicher elektronischer Bauteile gegen LJ- berspannungen, die galvanisch oder kapazitiv aus der Spannungsquelle 32 übergekoppelt werden können. In dieser Hinsicht ist es vorteilhaft, den zu verlegenden Draht 1 grundsätzlich auf Erdpotential zu halten, so dass nur die Gegenelektrode 29 auf Hochspannungspotential liegt.
Das Substratmaterial war in den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen als "isolierend" vorausgesetzt worden. Maßgeblich für eine solche Beurteilung der elektrischen Leitfähigkeit sind hier nicht absolute Werte, sondern die Erfordernisse der elektrostatischen Niederhaltung und des Ver- legeprozesses. Wird der elektrische Widerstand zwischen Draht 1 und Gegenelektrode 29 mit R bezeichnet und die Kapazität mit C, so ist die elektro- statische Anziehung nur während einer Zeitspanne der Größenordnung τ = R C nach dem Einschalten einer Gleichspannung wirksam. Danach klingt die Anziehung rasch ab weil sich, wie erwähnt, an Grenzflächen elektrische Ladungen ansammeln. Kann der Verlegeprozess einschließlich der Kleberhär- tung nicht in einer Zeit erledigt werden, die kurz gegen die genannte Zeitkonstante τ ist, so muss die schon erwähnte, schnell wiederholte Umschal- tung der Polarität angewandt werden. Dabei muss die Frequenz fu der Um- schaltung so hoch sein, dass τfu » 1 gilt.
Beispielsweise möge bei der Drahtverlegung auf einer isolierenden Glasscheibe von 1 m2 Größe der elektrische Widerstand R = 1000 MΩ und die Kapazität C = 1 nF betragen. Dann ist τ = 1 s, und die Umschaltfrequenz sollte deutlich größer sein als 1 Hz.
Erheblich höhere Frequenzen sind erforderlich, wenn das Substrat eine gewisse elektrische Leitfähigkeit besitzt. Ein Beispiel ist die Drahtverlegung auf Papier, etwa zur Herstellung planarer Antennenspulen für RFID- Transponder. Mit R = 1 MΩ und C = 100 pF wird hier τ = 10"4 s, und die Umschaltfrequenz sollte deutlich größer sein als 10 kHz.
Neben diesen als "isolierend" bezeichneten Substraten wie beispielsweise Glas, Keramik, Polymere, Teslin und synthetische Werkstoffe, Papier, Holz, Leder u. a. sind auch elektrisch leitende Materialien als Substrate, welche als Endlosrolle oder als Sheet vorliegen, zur Drahtverlegung nach dem er- findungsgemäßen Verfahren geeignet, also Metalle und mit einer leitenden Metallschicht überzogene Isolatoren. Auf elektrisch leitenden Substraten lassen sich insbesondere isolierte Metalldrähte in der beschriebenen Weise verlegen. Dabei müssen der Draht und das Substrat an die Spannungsquelle angeschlossen werden, damit zwischen ihnen die Anziehungskraft zu- stände kommt. Wenn die Isolationsschicht dünn ist, wie beispielsweise bei Kupferlackdraht, so ist dabei schon eine geringe elektrische Spannung aus- reichend, etwa 100 V. Das erfindungsgemäße Verlegeverfahren mit Elektroden unter dem Substrat, bei dem der Draht nicht angeschlossen wird, funktioniert jedoch nur mit isolierenden Substraten, nicht mit elektrisch leitenden.
Als schmelzendes Verbindungsmaterial ist allgemein jedes Material geeignet, das bei Erwärmung flüssig wird und in diesem Zustand Draht und Substratoberfläche benetzt und mittels Oberflächenspannung verbindet, so dass sie nach Erkalten permanent verbunden bleiben. Wichtigstes Beispiel sind Heißkleber, oft auch als "Schmelzkleber" bezeichnet. Sie existieren ei- nerseits als mehrfach wieder aufschmelzbare "Thermoplaste" und, andererseits, als thermisch reagierende und danach nicht wieder aufschmelzbare "Duroplaste". Das schmelzende Verbindungsmaterial kann auch ein Lot sein, also allgemein eine Metall-Legierung, deren Schmelzpunkt unterhalb der Schmelzpunkte von Draht und Substrat liegt. Der Fügeprozess ist dann ein Lötprozess, und Beispiel eines Lotes für Kupferdraht ist Zinnlot. Schließlich kommt als schmelzendes Verbindungsmaterial auch das Material der Substratoberfläche oder des Drahtes selbst infrage. Das Fügeverfahren ist dann die so genannte Thermokompression. Der dabei gewöhnlich benutzte Andruck mit einem heißen Werkzeug kann, erfindungsgemäß, bei sehr dün- nen Drähten durch die elektrostatische Andruckkraft und lokale Erwärmung der Substratoberfläche ergänzt oder ganz ersetzt werden. Im Zusammenhang mit Thermokompression nach dem Stand der Technik ist das erfindungsgemäße Verfahren speziell für isolierte Drähte in der Weise geeignet, dass der zu verbindende Draht zunächst mittels der elektrostatischen An- druckkraft unverrückbar auf dem Substrat fixiert wird, und dann in herkömmlicher Weise mittels eines heißen Werkzeuges durch Druck permanent verbunden wird.
Bei Verwendung von Heißkleber oder Lot als Verbindungsmaterial ist es vor- teilhaft, dieses zunächst als dünne Schicht 2 auf dem zu verlegenden Draht
1 aufzubringen, wie in Fig. 2(a, b) angedeutet. Beim Schmelzen füllt es dann hohlkehlartig die Fugen 5 der Fig. 3. Alternativ kann das Verbindungsmate- rial als Schicht auf der Substratoberfläche verwendet werden. Auch dann bilden sich beim Schmelzen Hohlkehlen, ähnlich den Fugen 6 der Fig. 3(c).
Mit Heißkleber beschichteter Draht ist kommerziell als so genannter "Backdraht" zur Herstellung freitragender Spulen erhältlich. Die verfügbaren Heißklebertypen unterscheiden sich in ihren Erweichungstemperaturen, beispielsweise Polyvinylbutyral (110 0C), Phenoxyharz (140 0C), oder modifiziertes aliphatisches Polyamid (180 °C).
Der Verlegeprozess kann unterteilt werden in die beiden Schritte des Drahtabiegens und der Drahtverklebung. Erfindungsgemäß muss an jedem Punkt der Verlegebahn die elektrostatische Anziehung bereits während des ersten Schrittes wirken und bis zum Ende des zweiten Schrittes bestehen bleiben. Für die zeitliche Gliederung dieser Schritte bestehen mehrere Alternativen
(a) kontinuierlich fortschreitendes Verlegen, wie es in den Drahtverlegemaschinen nach dem Stand der Technik ausgeführt wird. Dabei wird der Draht entlang einer vorher festgelegten und im Steuerrechner gespeicherten Verlegebahn abgespult und unmittelbar danach durch Erwärmung des Klebers mit dem Substrat permanent verbunden. Für diesen Prozess sind die in Fig. 1 , 5, und 8 skizzierten Verlegeköpfe bestimmt.
(b) Zweischritt-Verfahren, bei dem in einem ersten Schritt der Draht insgesamt ausgelegt und dabei während der Auslegezeit durch die elektrostatische Anziehung auf der Substratoberfläche niedergehalten wird. Die Erwärmung, die zur Verklebung führt, erfolgt erst danach im zwei- ten Schritt, sei es durch lokale Erwärmung der Substratoberfläche ent- lang der Verlegebahn oder durch Erwärmung der gesamten Substratoberfläche.
Zwischen diesen beiden Fällen liegen weitere Möglichkeiten, den Ver- legeprozess zu führen, indem der Draht abschnittsweise ausgelegt und dann der jeweilige Abschnitt erwärmt und verklebt wird, ehe der nächste Abschnitt begonnen wird. Auch kann es vorteilhaft sein, den Draht nur am Anfang und/oder Ende eines jeden Abschnitts zu verkleben, so dass er dazwischen geradlinig verläuft, mit dem gegebenen Verlegezug Fz gespannt. Nach welcher dieser Möglichkeiten der Verlegeprozess im konkreten Fall tatsächlich geführt wird, kann von anderen Überlegungen abhängig gemacht werden, insbesondere von der verwendeten Wärmequelle und von der benötigten Verlegegeschwindigkeit.
(c) Das erfindungsgemäße Verlegeverfahren kann schließlich auch in der Weise modifiziert werden, dass die Erwärmung der Substratoberfläche zuerst erfolgt und der Draht danach rasch, ehe die Oberfläche wieder abgekühlt ist, auf die Oberfläche aufgelegt und elektrostatisch angedrückt wird.
Die Erwärmung der Substratoberfläche bei maschineller Drahtverlegung kann mittels einer Flamme oder eines Heißluftgebläses vorgenommen werden, wobei der Wärmeübergang durch Konvektion erfolgt. Alternativ ist die Heizung der Substratoberfläche mittels Strahlung möglich, wobei die Strah- lungsleistung im Substrat absorbiert wird. Bei Heißklebern ist die erforderliche Oberflächentemperatur etwa 100 - 300 0C, bei Löt- und Thermokom- pression kann sie erheblich höher liegen, bis zu 1000 0C. In jedem Falle ist es vorteilhaft, die zugeführte Heizleistung so zu steuern oder zu regeln, dass die maximale, für den Fügeprozess zulässige Oberflächentemperatur nicht überschritten wird. Insbesondere sollte die Heizung ausgeschaltet werden, wenn der Verlegekopf stillsteht. Die Dynamik des Erwärmungsprozesses ist von Interesse für eine optimale Auslegung der Heizung. Zum kontinuierlichen maschinellen Verlegen mit unmittelbar folgender Aufheizung und Verklebung ist es vorteilhaft, die Hei- zung auf einen möglichst kleinen, scharf lokalisierten Bereich der Substratoberfläche zu beschränken. Dies reduziert die erwähnten mechanischen Spannungen im Substrat und die notwendige Heizleistung.
Im gleichen Sinne ist es vorteilhaft, die Heizung auch auf einen möglichst flachen Bereich an der Substratoberfläche zu beschränken. Bei Strahlungsheizung bedeutet dies, dass die Wellenlänge der Heizstrahlung so zu wählen ist, dass sie möglichst stark, unmittelbar an der Substratoberfläche absorbiert wird. Der dazu notwendige Absorptionskoeffizient des Substratmaterials folgt aus einer Betrachtung der Wärmeausbreitung im Substrat. Wird die Ausdehnung der Heizungsvorrichtung in der Verlegerichtung mit Bx bezeichnet, so ist die Heizdauer eines Oberflächenpunktes tH = Bx / V0 . Während dieser Zeit dringt die Wärme von der Oberfläche aus eine gewisse Distanz Bz = 2 g tH % in das Innere des Substrates ein, wobei g die Temperaturleitfähigkeit des Substrates angibt. Im Vergleich zu dieser Distanz sollte die Eindringtiefe der Strahlung klein sein, der Absorptionskoeffizient also α > 1/Bz sein. Beispielsweise beträgt bei einer Verlegegeschwindigkeit von V0 = 1 m/s und einer Heizflecklänge von Bx = 1 mm die Heizdauer tH = 1 Millisekunde. In dieser Zeit dringt in Glas (g « 0,001 m/s% ) die Wärme bis zu einer Tiefe Bz a 50 μm ein. Um einfallende Laserstrahlung über diese Distanz nahezu vollständig zu absorbieren, muss das Substratmaterial bei der Laserwellenlänge einen Absorptionskoeffizient α ≥ 103 crτϊ1 haben. In diesem Sinne sind der CO- und der CO2-Laser besonders gut zur Erwärmung von Glassubstraten geeignet. Eine ausführlichere Analyse dieser Erwärmungsdynamik zeigt auch noch, dass die benötigte Heizleistung mit v0 % Bx % Bγ skaliert und im vorstehend beschriebenen Fall bei etwa 10 W liegt.
Eine alternative Form der erfindungsgemäßen Fixierung eines Drahtes ist in Fig. 9 skizziert. Hier trägt eine Platine 41 ein elektronisches Bauteil 42 mit metallischen Kontaktflächen 44, 45. Das freie Ende 48 des Drahtes 1 soll durch Lötung mechanisch und elektrisch mit der Kontaktfläche 44 verbunden werden, die hier die Rolle des Substrates übernimmt. Dazu wird der Verle- gekopf 20 bei zunächst ausgeschalteter Spannungsquelle 32 so gesteuert, dass das Drahtende 48 dicht oberhalb der Kontaktfläche 44 positioniert ist. Der verbleibende Abstand 46 zwischen Draht und Kontaktfläche kann im Bereich von 0,03 - 0,3 mm liegen, abhängig von der Präzision der Steuerung. Um den Draht nun zur Lötung auf der Kontaktfläche zu fixieren, wird die Spannungsquelle 32 eingeschaltet. Einer ihrer Pole ist über den Verlegekopf mit dem Draht 1 verbunden. Ihr anderer Pol ist mit der zweiten Kontaktfläche 45 des Bauteils verbunden, oder auch mit einer metallischen Fläche der Platine 41 oder mit einer Elektrode 29 unter der Platine. Infolge der elektrostatischen Anziehungskraft wird dann das Drahtende 48 elastisch nach unten gebogen. Es nähert sich der Kontaktfläche 44, wodurch sich die Anziehungskraft noch vergrößert. Bei hinreichender Höhe der angelegten Spannung U schnellt es gegen die Kontaktfläche und bleibt dort fixiert. Die Lötung erfolgt durch Erwärmung mittels eines Laserstrahls 50, der von einer Optik 70 auf die Kontaktfläche fokussiert wird. Als schmelzendes Verbin- dungsmaterial dient in diesem Beispiel eine Lotschicht, die in bekannter Weise als "Verzinnung" auf der Kontaktfläche und/oder auf dem Draht aufgebracht ist.
Die Höhe der Spannung, die zur Fixierung notwendig ist, hängt von der Bie- gesteifigkeit und der Länge des freien Drahtendes sowie von der Größe der Kontaktfläche ab. Erfahrungsgemäß ist bei einem 20 μm Kupferdraht mit 10 mm freiem Ende eine Spannung von 200 V ausreichend.
Wenn der zu fixierende Draht isoliert ist, wie beispielsweise Kupferlackdraht, bildet die Isolationsschicht einen natürlichen Anschlag, der das Minimum des Abstandes 46 bestimmt. Ein Problem kann hier vermutet werden für den Fall, dass der Draht blank ist. Im Zustand der Fixierung schließt er die Spannungsquelle kurz, so dass die niederhaltende Kraft verschwindet. Dies Problem ist jedoch ein theoretisches. Die Praxis zeigt, dass ein blanker Draht sehr wohl so niedergehalten wird, wie es für die Lötverbindung notwendig ist. Er prellt beim Aufschlag auf die Kontaktfläche ab, gibt dabei den Kurz- schluss frei, wird aber sofort erneut angezogen, usw. Im Mittel hält er sich sehr dicht bei der Oberfläche auf und berührt sie auch, wie es für das Fließen und Benetzen des Lotes notwendig ist.
Der Verlegekopf muss neben den genannten Vorrichtungen zum Bremsen und Umlenken des Drahtes eine Reihe weiterer Vorrichtungen enthalten, die dem Fachmann geläufig sind, und die deshalb hier nicht im Einzelnen beschrieben werden müssen. Zu ihnen zählen Vorrichtungen
- zur Bewegung des Kopfes parallel zur Substratoberfläche, entlang vorgegebener, im Steuerungsrechner gespeicherter Bahnen, welche die zu verbindenden Kontaktpunkte sowie mögliche Klebepunkte enthalten,
- zur Verbindung des Drahtes (zum 'bonden') an Bauelement- Kontaktflächen, die gewöhnlich Anfangs- und Endkontakte jeder zu verlegenden Verbindungsleitung darstellen,
- zum Abschneiden des Drahtes nach Herstellung des Endkontaktes einer Leitung, - zum Vorschub des Drahtes, speziell nach dem Abschneiden, um ein kurzes Stück neuen Drahtes für den Anfangskontakt der nächsten zu verlegenden Leitung aus dem Verlegekopf unter die Kontaktiervorrichtung zu befördern, wie in Fig. 9 illustriert,
- zur Abisolierung der Drahtenden, falls erforderlich,
- zum Festhalten des Drahtes mittels einer Zange oder Klammer ('clamp'), wenn er in Form eines die elektrischen Kontaktstellen zugentlastenden Bogens ('loop1) verlegt werden soll,
- und möglicherweise die in Fig. 1 angedeutete Spule 26 mit einem größeren, für viele Arbeitsgänge ausreichenden Vorrat des Drahtes 1. Dies bietet sich gerade bei der Verlegung sehr dünner Drähte an, deren Masse gering ist und die bei externer Zuführung besonders reißgefährdet wären.
Die Verlegebahn, entlang welcher der Draht verlegt wird, ist allgemein gekrümmt. Dies erfordert, dass der Draht durchgehend verklebt wird. Alternativ dazu kann die Bahn die Form eines Polygonzuges haben, bei dem der Draht abschnittsweise gerade ist und nur an den Eckpunkten mit dem Substrat verklebt sein muss. Dies kann den Vorteil einer höheren Verlegegeschwindigkeit bieten.
Die Verlegebahnen werden aus der Schaltung und der Anordnung der Bau- teile von einem Programm ('router1) ermittelt und im Steuerrechner des Verlegekopfes gespeichert. Letzterer muss dann bei der Verlegung so gesteuert werden, dass der Berührungspunkt 8 der Verlegebahn folgt und dabei zugleich der gespannte Drahtabschnitt 35 stets tangential zur Sollbahn liegt.
Weitere Anwendungen und alternative Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens können Vorteile bieten bei der Montage mikro- mechanischer und mikro-optischer Bauteile als Ersatz für die so genannten "Haftkleber". Letztere werden häufig eingesetzt, um auf einer Montagefläche oder Platine ein kleines Bauteil zunächst temporär zu fixieren, das erst später endgültig befestigt wird. Wird bei solcher Montage statt Haftkleber Heiß- kleber mit elektrostatischem Andruck benutzt, so besteht die vorteilhafte Möglichkeit, das Bauteil im kalten Zustand noch mehrfach zu bewegen und zu justieren, ehe es erwärmt und verklebt wird. Wie erläutert, ist diese Fixierung auf der Substratoberfläche gleichermaßen für blanke wie für isolierte Metalldrähte möglich, aber auch für nichtmetallische "Drähte", wie Textilfa- sern, Polymerfasern und Glasfasern, insbesondere auch Lichtleitfasern. Dabei muss, wie anhand der Beispiele und Zeichnungen gezeigt wurde, die Elektrodenanordnung im konkreten Fall danach ausgesucht werden, welche Kombination von Leitfähigkeiten (metallisch oder isolierend) der zu verlegende Draht und das Substratmaterial darstellen.
Die Einsatzmöglichkeiten des insoweit erläuterten Drahtverlegungsverfahrens zur Drahtverlegung werden entscheidend bestimmt durch die Größe der erzielbaren elektrostatischen Anziehungskraft, die den Draht auf dem Substrat niederhält. Sie lässt sich durch Erhöhung der angelegten Spannung solange vergrößern, bis ein elektrischer Durchschlag erfolgt. Kritisch dafür ist zum einen das Substrat, zum anderen das den Draht umgebende Medium. Ersteres begrenzt die nutzbare Spannung bei sehr dünner Substratdicke, bei etwa 0,1 mm und darunter. Bei dieser Substratdicke liegt die Durchschlagspannung im Bereich von 1 - 10 kV, je nach Substratmaterial.
Bei dickeren Substraten ist die nutzbare Spannung durch die Durchschlagsfestigkeit des den Draht umgebenden Mediums begrenzt. Erhöht man in Luft die Spannung so weit, dass die elektrische Feldstärke an der Drahtoberfläche einen Wert von ca. 3 - 10 kV/mm überschreitet, so bildet sich um den Draht herum eine dünne, schlauchförmige Korona-Entladung aus. Sie nimmt den überschießenden Teil der Spannungserhöhung aufnimmt und begrenzt somit die erzielbare Kraft.
Eine Ausweitung dieser Grenze ist möglich, indem das den Draht umgeben- de Medium modifiziert wird. Eine einfache Möglichkeit besteht darin, die Drahtverlegung im Vakuum vorzunehmen. Dann entfällt das Problem der Koronaentladung vollständig. Alternativ kann die Drahtverlegung in einem Raum erfolgen, der mit einem Gas hoher elektrischer Durchschlagsfestigkeit und hohem Druck gefüllt ist. Dies erhöht die Spannung, bei der Korona- Entladung einsetzt. Aus der Hochspannungstechnik ist bekannt, dass Kohlendioxid CO2 sowie mit Schwefelhexafluorid SF6 versetzter Stickstoff N2 hierfür besonders geeignete Gase sind. Beide haben eine höhere Durchschlagsfestigkeit als Luft, und bei beiden steigt die Durchschlagsfestigkeit monoton mit dem Druck an. Mit ihnen lässt sich die nutzbare Spannung um einen Faktor ca. 10 - 30 gegenüber atmosphärischer Luft erhöhen, wenn ein Gasdruck bis zu 10 bar verwendet wird. Da die elektrostatische Kraft mit dem Quadrat der Spannung wächst, kann die nutzbare Kraft auf diese Weise um einen Faktor ca. 100 - 1000 erhöht werden. Als weitere Alternative kann eine isolierende Flüssigkeit als Umgebungsmedium gewählt werden. Die in der Hochspannungstechnik verwendeten Isolieröle mit Durchschlagsfestigkeiten von 20 kV/mm und mehr erlauben ähnliche Spannungserhöhungen gegenüber Luft wie die erwähnten Isolier-Gase unter Druck.
Wie vorausgehend schon erläutert, ist es für die maschinelle Drahtverlegung mit praktisch interessanten Verlegegeschwindigkeiten vorteilhaft, nur einen kleinen, scharf lokalisierten Bereich der Substratoberfläche mit einem Laserstrahl zu heizen. Voraussetzung dafür ist eine hinreichend starke Absorption der Laserstrahlung durch das Substratmaterial. Da dessen Absorptionskoeffizient α(λ) allgemein von der benutzten Laser-Wellenlänge λ abhängt, stellt sich bei vorgegebenem Substratmaterial das Problem, eine passende WeI- lenlänge und dazu einen Laser mit hinreichend hoher Leistung zu finden. Dies ist nicht in jedem Falle möglich oder wirtschaftlich.
Andererseits ist es auf einfache Weise möglich, das Absorptionsvermögen des Substrates zu erhöhen, so dass die Strahlung eines vorgegebenen Lasers hinreichend stark absorbiert wird. Dies impliziert eine Färbung des Substrates, entweder im Ganzen oder nur oberflächlich auf der dem Draht zugewandten Seite, oder eine Beschichtung dieser Substratseite mit einem stark absorbierenden Material. Dabei ist der Begriff der Färbung hier verall- gemeinert zu verstehen, denn der Farbstoff muss nur bei der verwendeten Laserwellenlänge absorbieren. Bei allen anderen Wellenlängen spielt sein Absorptionsvermögen keine Rolle. Wenn die verwendete Laserwellenlänge jenseits des Sichtbaren im Ultraviolett oder Infraroten liegt, wie beispielsweise bei typischen Diodenlasern (λ = 808 nm) oder beim YAG-Laser (λ = 1064 nm), so können also Farbstoffe eingesetzt werden, die im sichtbaren Spektralbereich nur eine praktisch vernachlässigbar geringe Absorption besitzen, so dass der Farbstoffzusatz die vom Auge wahrgenommene Farbe des Substratmaterials nicht verändert.
Diese Methode der oberflächlichen Absorptionserhöhung ist in der Technik des so genannten Durchstrahlschweißens von Polymeren bekannt, und hierzu geeignete Farbstoffe sind kommerziell verfügbar. Aus den deutschen Patentanmeldungen DE 44 15 802 A1 und DE 102 52 007 A1 sind für eine Verwendung in thermoplastischen Kunststoffen geeignete, absorptionserhö- hende, mit Zinndioxid beschichtete Pigmente mit sehr geringer vom Auge wahrnehmbarer Farbwirkung bekannt. Die Patentschrift US 7,201 ,963 behandelt absorptionserhöhende Beschichtungen von Thermoplasten und die Auswahl geeigneter Farbstoffe.
Kommt es nicht darauf an, eine Färbung zu vermeiden, so ist eine Schwarzfärbung des Substratmaterials, etwa durch Zumischung von Ruß, die ein- fachste Möglichkeit der Absorptionserhöhung. Beispielsweise verringert eine Russzumischung von 0,1 % die Eindringtiefe von Laserstrahlung auf 0,1 mm. [vgl. Dirk Hänsch, "Die optischen Eigenschaften von Polymeren und ihre Bedeutung für das Durchstrahlschweißen mit Diodenlaser", Shaker Ver- lag 2001 , ISBN 3826590538]. Dies kommt dem geforderten Absorptionskoeffizienten α = 103 cm"1 nahe.
Zur lokalen Aufheizung des Substrates bis auf die Schmelztemperatur des Verbindungsmaterials ist auch die von Mikrowellenöfen her bekannte Hoch- frequenzheizung geeignet. Sie ist zur Drahtverlegung auf nichtmetallischen Substratmaterialien einsetzbar, die eine gewisse, nicht zu niedrige Hochfrequenzabsorption besitzen, wie etwa Polymere mit sauerstoffhaltigen Molekülgruppen. Hierfür wird dicht über oder neben dem Draht an der Position der Wärmequelle 30 eine Elektrode angeordnet, an die eine hochfrequente Hochspannung, beispielsweise von 2,4 GHz, angelegt wird. Das elektrische Feld dieser Spannung durchdringt das Substratmaterial und heizt es auf. Das geheizte Substratvolumen ist umso kleiner, je dichter sich die Elektrode an der Substratoberfläche 4 befindet.
Bei dem insoweit beschriebenen Verfahren zum maschinellen Drahtverlegen werden im Wesentlichen (abgesehen von der Variante gemäß Fig. 8) eine einzelne ausgedehnte Gegenelektrode 29 unter dem Substrat benutzt. Infolgedessen ist die elektrostatische Anziehungskraft fE, die von dieser Elektrode ausgehend auf den Draht wirkt, überall senkrecht zur Oberfläche des Substrates gerichtet. Dies ist in Fig. 10a illustriert. Wird die Gegenelektrode 29 jedoch in ihrer seitlichen Ausdehnung begrenzt und einfach oder mehrfach seitlich zum Draht angeordnet wie in den Fig. 10(b) und 10(c) dargestellt, so erhält die durch den Pfeil 55 repräsentierte Anziehungskraft eine seitliche Komponente, die bei der Drahtverlegung zur lateralen Steuerung des Verlegepfades, insbesondere zur Verlegung entlang gekrümmter Verlegepfade vorteilhaft ausgenutzt werden kann. Diese Möglichkeit, durch Strukturierung der Gegenelektrode Seitenkräfte zu erzeugen, wird unter Bezugnahme auf ein in den Fig. 10(a) bis 10(f) eingezeichneten Koordinatensystems näher erläutert. Hier ist jeweils eine Draht- Verlegeeinrichtung im Querschnitt dargestellt, an einer Stelle im Bereich 35, wo der Draht 1 die Substratoberfläche 4 gerade noch nicht berührt. In allen in den Fig. 10(a) bis 10(e) dargestellten Fällen ist der zu verlegende Draht 1 an den Pol 19 der Spannungsquelle 32 angeschlossen, und es wird zunächst unterstellt, dass die Ausdehnung der Elektroden in X-Richtung, senk- recht zur Zeichenebene, wesentlich größer ist als die in Z-Richtung gemessene Substratdicke.
Die Fig. 10(b) zeigt die Situation über der Kante der Gegenelektrode 29, die gegenüber dem Draht in positiver Y-Richtung ein Stück verschoben ist. Die Anziehungskraft 55, die vom Draht zur Gegenelektrode 29 hin gerichtet ist, erhält durch diese Verschiebung eine positive Y-Komponente und wirkt daher nicht nur nach unten, sondern auch seitlich. Gemäß Fig. 10(c) ist zusätzlich eine Hilfselektrode 51 vorgesehen, deren Kante gegenüber dem Draht etwas in negativer Y-Richtung verschoben ist. Sie ist mit demselben Pol 19 der Spannungsquelle verbunden wie der Draht. An dieser Kante der Hilfselektrode 51 sammelt sich daher gleichnamige Ladung an wie auf dem Draht und wirkt damit abstoßend auf den Draht. Die von der Gegenelektrode 29 und der Hilfselektrode 51 auf den Draht ausgeübten Kräfte resultieren in einer Gesamtkraft 55 in positiver Y-Richtung. Bei Vertauschung der An- Schlüsse der Elektroden 29 und 51 , mittels eines Umschalters erhält man eine Gesamtkraft in negativer Y-Richtung. Mit diesen Elektroden kann der Draht daher nach der einen oder anderen Seite abgelenkt werden und so der Verlegepfad beeinflusst werden. Letzterer hängt im Übrigen von der Größe und Richtung der verwendeten Verlegezugkraft Fz sowie von der Bie- gesteifigkeit des Drahtes ab. Besonders vorteilhaft für die Drahtverlegung entlang einem fest vorgegebenem Pfad ist die Anordnung gemäß Fig. 10(d) mit einer einzelnen schmalen, streifenförmigen Gegenelektrode 52, die dem Verlegepfad folgt. Sie wirkt jedenfalls anziehend auf den Draht 1 und ermöglicht dessen Verlegung. Die Kraft 55 ist einfach nach unten gerichtet, wenn sich der Draht genau über der Mitte der Gegenelektrode 52 befindet. Weicht die Drahtposition jedoch in positiver oder negativer Y-Richtung von dieser Mittellage ab, z. B. weil der Draht verbogen ist oder weil der Verlegepfad in der XY-Ebene gekrümmt verläuft, so tritt eine seitliche Kraftkomponente auf, die den Draht in die Mit- tellage zu ziehen sucht. Sie bewirkt (innerhalb gewisser Grenzen), dass der Draht bei seiner Verlegung dem durch die Gegenelektrode 52 vorgegebenen Pfad folgt. Die erwähnte, stets zur Mittellage rücktreibende Y-Kraft- komponente kann dadurch vergrößert werden, dass auf beiden Seiten der Gegenelektrode 52 streifenförmige Hilfselektroden 51 bzw. 53 angeordnet werden, die auf dem Potential des Drahtes 1 liegen. Jede von ihnen erzeugt dann eine abstoßende Y-Kraftkomponente, falls der Draht 1 sich ihr nähert und bewirkt damit eine bessere Zentrierung des Drahtes über der Gegenelektrode 52. Ein vergleichbarer Zentrierungseffekt kann gemäß Fig. 10(e) erreicht werden durch zwei Hilfselektroden 54 und 56, die auf der Substrat- Oberfläche 4 zu beiden Seiten des Verlegepfades angeordnet werden. Sie sind mit demselben Pol 19 der Spannungsquelle 32 verbunden wie der Draht 1. Daher besteht zwischen ihnen und dem Draht keine Anziehungskraft, sondern eine schwache, vom Abstand und der Umgebung abhängige Abstoßungskraft. Die Gegenelektrode 29 hat in diesem Ausführungsbeispiel die durchgehende Form wie in Fig. 10(a). Aus Symmetriegründen hat die von den Hilfselektroden 54 und 56 zusammen auf den Draht ausgeübte Kraft keine Y-Komponente, wenn sich der Draht mittig über der Lücke zwischen 54 und 56 befindet. In diesem Falle wirkt nur eine nach unten gerichtete Gesamtkraft, die zur Gegenelektrode 29 gerichtet ist. Weicht der Draht 1 jedoch seitlich von der Mittellage ab und nähert sich einer der Hilfselektroden, so übt diese eine abstoßende, jeweils zur Mittellage zurücktreibende Kraft aus. Nach diesem Prinzip der Kombination anziehender und abstoßender Kraftkomponenten funktioniert auch die Drahtverlegung gemäß Fig. 10(f). Hier wird der Draht 1 auf dem Substrat in der Form einer flachen Spule mit meh- reren Windungen verlegt. Dabei besteht typisch die Forderung, die einzelnen Windungen der Spule formschlüssig, möglichst dicht nebeneinander, zu verlegen, wie gemäß Fig. 10(f) die im Querschnitt dargestellten Drähte 58 verlegt sind, und der Draht 1 soll unmittelbar anschließend als nächste Windung verlegt werden. Dies wird dadurch erreicht, dass die Kante der Gegen- elektrode 29 unterhalb der letzten verlegten Windungen positioniert wird, beispielsweise mittels einer dafür vorgesehenen Verschiebeeinrichtung. Die anziehende Kraft 55 zwischen dieser Kante und dem Draht 1 hat dann gemäß Fig. 10(b) eine positive Y-Kraftkomponente, die die neue Windung seitlich gegen die bereits verlegten Windungen 58 drückt. Da letztere jeweils Abschnitte des Drahtes 1 darstellen, haben sie alle dasselbe elektrische Potential wie der Draht 1. In Fig. 10(f) ist dies durch die gestrichelt eingezeichneten Verbindungen 59 angedeutet. Daher wirken diese Windungen 58 schwach abstoßend auf den Draht 1 ähnlich wie die Hilfselektrode 56 gemäß Fig. 10(e) und können dessen formschlüssige Verlegung behindern. Dieses Problem wird dadurch gelöst, dass eine streifenförmige Hilfselektrode 54 auf der Substratoberfläche angeordnet wird, auf der den Spulenwindungen 58 gegenüberliegenden Seite des Drahtes 1. Diese Hilfselektrode 54 wird mit dem Draht 1 elektrisch verbunden und wirkt deshalb ebenfalls abstoßend auf den Draht. Sie kompensiert somit die abstoßende Wirkung der Windun- gen 58 und ermöglicht es, dass die Gesamtkraft 55 in Richtung der Kante der Gegenelektrode 52 wirkt und tatsächlich zur formschlüssigen Verlegung führt.
Die verschiedenen elektrischen Verbindungen der Elektroden in den Fig. 10(a) bis 10(f) mit den Polen 18 und 19 der Spannungsquelle erlauben insoweit eine grobe Steuerung der Kraftrichtung. Für den Fachmann ergibt sich zwanglos, dass jeweils auch eine Feinsteuerung von Richtung und Grö- zwanglos, dass jeweils auch eine Feinsteuerung von Richtung und Größe der Kraft möglich ist, indem einzelne Elektroden an Teilspannungen der Spannungsquelle 32 angeschlossen werden. Des weiteren erkennt der Fachmann anhand der genannten Darstellungen unmittelbar, dass eine fei- nere Strukturierung der Gegenelektrode 29 und der Hilfselektrode 54 entlang der X- und Y-Richtungen noch weitere umfassende Gestaltungsmöglichkeiten für die Beeinflussung der Kraft 55 bietet. Durch Aufteilung der Gegenelektrode 29 in eine 2-dimensionale Anordnung vieler kleiner Teilelektroden und Anlegen geeigneter Teilspannungen lassen sich sehr allgemeine, auch zeitlich variierbare Potential- und Kraftverteilungen f(X, Y, t) als Funktion des Ortes (X, Y) und der Zeit (t) über der Substratoberfläche 4 erzeugen. Beim Verlegen folgt der Draht der jeweiligen Verteilung, soweit es seine Biegesteifigkeit sowie die Richtung und Größe der Verlegezugkraft Fz erlauben. Der Draht passt sich dem Verlauf des elektrisch erzeugten Potentialge- birges an, analog zu einem Wasserlauf, der in einer vorgegebenen Topographie dem Weg folgt, der einer Minimierung der potentiellen Energie ergibt.
Bei Verwendung einer ausgedehnten Gegenelektrode unter dem Substrat herrscht nahezu überall an der Substratoberfläche eine gleichmäßig hohe elektrische Feldstärke, wobei die Richtung des Feldes senkrecht auf der Oberfläche steht. Nur in unmittelbarer Nähe des Drahtes ist das Feld verzerrt, wie der Fig. 6 entnehmbar ist. Bei direkter Anwendung der eltrostati- schen Drahtverlegung zur Verbindung elektronischer Bauteile, die sich auf dem Substrat befinden, wären diese dem beschriebenen Feld zwischen Draht und Gegenelektrode ausgesetzt. Bei sehr empfindlichen Bauteilen kann dies problematisch sein, zumal es sich bei dem zur Kraftentfaltung erzeugten Feld um ein elektrisches Wechselfeld handelt. Je nach Größe, Orientierung und Leitfähigkeit eines Bauteiles können die darin auftretenden Influenzspannungen Werte erreichen, die mit der Gefahr eines Durchschlags oder gar der Zerstörung des Bauteiles verbunden sind. Diese Gefahr kann dadurch vermieden werden, dass das Bauteil während der Drahtverlegung gegen das elektrische Feld abgeschirmt wird. Dies ist in bekannter Weise möglich, indem das Bauteil in einem Faraday-Käfig einge- schlössen wird. Dazu wird eine gut leitende Abschirmhaube 61 passender Größe über das gefährdete Bauteil 60 gestülpt und elektrisch mit der Gegenelektrode 29 verbunden. Zusammen mit der Gegenelektrode 29 bildet die Haube 61 dann einen Faraday-Käfig, der allerdings am Rand durch einen flachen Spalt 63 unterbrochen ist. Durch Wahl hinreichender Breite die- ses Randes kann die Rest-Feldstärke, die durch den Rand noch in das Innere des Käfigs hineinwirkt, klein gehalten werden (Fig. 11 (a)).
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 11 (b) liegt ein ähnlicher Faraday- Käfig vor, der von der Haube 61 und der Hilfselektrode 61/u gebildet ist, die an der Unterseite des Substrats angeordnet und an das Potential des Drahtes 1 angeschlossen ist.
Anstelle einer Anwendung von Heißklebe-, Löt- oder Schweißverfahren sind zur maschinellen Drahtverlegung mittels elektrostatischer Niederhaltung auch andere, wärmearme Fügeverfahren geeignet, die auf der Verwendung eines schon bei Umgebungstemperatur mehr oder weniger flüssigen oder pastösen Klebstoffs beruhen. Bei solchen Verfahren wird der Klebstoff zunächst auf mindestens einen der Fügepartner, d. h. auf den Draht oder auf das Substrat, oder auf beide aufgebracht. Beim nachfolgenden Drahtverle- geprozess kommt es dann darauf an, dass der Draht mit geeigneter An- druckkraft an die Oberfläche des Substrats angedrückt wird. Ohne solche Niederhaltung wäre infolge allgemein vorhandener Krümmungen des Drahtes und/oder Substratoberfläche der Kontakt der Fügepartner nur punktweise gegeben. Erst bei formschlüssigem, linienhaften Kontakt kann der Kleb- stoff fließen und beide Fügepartner gemeinsam benetzen, also die stoffschlüssige Verbindung herstellen. Die Größe der Andruckkraft bestimmt die Genauigkeit des Formschlusses und, zusammen mit der Viskosität des Klebstoffes, die erzielbare Haftung des Drahtes.
Dünnflüssiger Klebstoff fließt rasch und ist deshalb in der Lage, kleine Lü- cken im Formschluss auszufüllen, wie sie bei mäßig hoher Andruckkraft bleiben. Dünnflüssiger Klebstoff bietet allerdings nur geringe Haftung. Ausreichende Haftung wird erst durch eine nachfolgende Erhöhung der Viskosität erreicht, also durch Härtung des Klebstoffes. Sie wird bei Heißklebern, Löt- und Schweißverfahren durch Abkühlung bewirkt, bei wärmearmen Klebstof- fen durch chemische Reaktion, ausgelöst durch die Einwirkung energiereicher Strahlung oder chemischer Stoffe. Beispiel für solche dünnflüssigen Klebstoffe mit Strahlungshärtung sind die in der Leiterplattenherstellung vielfach verwendeten licht- oder UV-härtenden Acrylat-Klebstoffe; ein Beispiel für chemische Härtung die mit Feuchtigkeit reagierenden Cyanacrylat- Klebstoffe.
Bei hochviskosen Klebstoffen kann die Härtung entfallen, sofern genügend hohe Andruckkraft verwendet wird. Weil diese Klebstoffe kaum fließen, ist ein genauerer Formschluss, also eine höhere Andruckkraft notwendig als bei niedrigviskosen Klebstoffen. Als Beispiel mögen die von Klebebändern und Klebe-Etiketten her bekannten hochviskosen Haftkleber dienen.
Bei der Drahtverlegung mit wärmearmen Klebstoffen wird nach dem Stand der Technik die notwendige formschlüssige Niederhaltung durch Andrücken des Drahtes mit Stempeln oder ähnlichen Werkzeugen an das Substrat erreicht. In der Beschreibung DE 10 2005 002 370 A1 der Drahtschreibetechnik wird nur allgemein eine stoffschlüssige Verbindung gefordert, als Beispiel wird angegeben, dass der Draht auf das Substrat abgesenkt und mittels UV-härtender Kleberpunkte angeheftet wird. In der Patentschrift US 4,850,807 wird die Verwendung eines mikroverkapselten Klebers beschrieben, der bei hinreichendem Druck freigesetzt wird und die Verklebung bewirkt. Auch hierfür ist natürlich ein Andruckwerkzeug notwendig. Dabei bestehen die schon erwähnten Gefahren der Drahtverformung und -Beschädigung, der Werkzeugverschmutzung und des Anhaftens des Drahtes am Stempel statt am Substrat.
Es folgt somit als Erweiterung der Aufgabenstellung, auch für die Drahtverlegung mit flüssigem oder pastösem Klebstoff die notwendige Andruckkraft des Drahtes an die Substratoberfläche berührungsfrei entlang einem gewissen Abschnitt des Drahtes zu erzeugen und sie gegebenenfalls für eine phy- sikalische oder chemische Härtung eine Zeitlang aufrecht zu erhalten, was, dem Erfindungsgedanken entsprechend, durch elektrostatische Erzeugung der Andruckkraft geschieht.
Zweckmäßig ist in jedem Fall eine Vorbehandlung des Substrats im Sinne eines Versetzen in einen haftungsfreundlichen, die Benetzung fördernden, verlässlich reproduzierbaren Zustand, z. B. durch Abwischen, Abbürsten, Abwaschen, Reinigen, Begasen, Besprühen, Bestrahlen, Ionisierung, und dergleichen, da hier für die Drahtverlegung in industriellem Maßstab eine hohe Zuverlässigkeit des Verlegeprozesses unabdingbar ist. Die Verlegung muss unabhängig vom Wetter (Luftfeuchtigkeit, Temperatur) funktionieren und die Haftung des verlegten Drahtes darf nicht von Vorbehandlungen des Substratmaterials (Lagerung, Verpackung, Berührung, etc.) abhängen, welche die Adhäsionseigenschaften der Oberfläche verändern können. Beispielsweise ist eine oberflächliche Ätzung mit einem (O2 + CF4)-Plasma, be- schrieben in US 5,283,119, eine geeignete Methode, eine gute Haftung an polymeren Kunststoffen unabhängig von der Vorgeschichte sicherzustellen.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass das beschriebene Verfahren besonders vorteilhaft einsetzbar ist bei der Verlegung und/oder Verkle- bung dünnster, nahezu unsichtbarer Metalldrähte auf großen durchsichtigen Substraten. Es erlaubt eine einfache, sichere Handhabung der Drähte beim Verlegen und bietet ihre sichere Fixierung bis zum Ende des Fixierungsprozesses. Es ergänzt gerade im Bereich kleinster Drahtdurchmesser die herkömmlichen Drahtverlegeverfahren, die hier ihre größten Schwierigkeiten aufweisen. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere auch zur Herstellung von Transpondern für den Einsatz in Sicherheitsdokumenten wie Pässe oder Chipkarten oder dergleichen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Verlegen von dünnem Draht (1 ) auf der Oberfläche (4) eines Substrats mittels eines rechnergesteuerten Verlegekopfes (20), der relativ zum Substrat bewegbar ist und der den Draht dicht über der
Oberfläche und nahezu parallel zu derselben mit definierter Zugkraft abspult, wobei die Verbindung von Draht und Oberfläche mittels der Oberflächenspannung eines durch Wärmezufuhr schmelzenden Verbindungsmaterials bewirkt wird, welches Draht (1 ) und Substratoberflä- che (4) benetzt, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (1 ) bis zur
Aushärtung des Verbindungsmaterials mittels elektrostatischer An- druckkraft auf dem Substrat fixiert wird.
2. Fügeverfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das schmelzende Verbindungsmaterial ein Heißkleber ist, oder ein Lot oder das Substratmaterial selbst, oder das Drahtmaterial selbst das schmelzende Verbindungsmaterial ist.
3. Fügeverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, - dass der Draht (1 ) elektrisch leitend ist, und
- dass das Substrat elektrisch isolierend ist, und
- dass die elektrostatische Andruckkraft erzeugt wird, indem der leitende Draht (1 ) und eine unter dem Substrat angeordnete Elektrode (29; 29, 51 ) an die Pole (18, 19) einer elektrischen Spannungsquelle (32) angeschlossen werden, oder
- indem der leitende Draht (1 ) an den einen Pol (19) einer elektrischen Spannungsquelle (32) angeschlossen wird, und zwei symmetrisch neben dem Draht (1 ) angeordnete Elektroden (37, 38) gemeinsam an deren anderen Pol (18).
4. Fügeverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Draht elektrisch leitend ist, dadurch gekennzeichnet,
- dass das Substrat eine elektrisch leitende Oberflächenschicht hat, und - dass die elektrostatische Andruckkraft erzeugt wird, indem der leitende Draht (1 ) an den einen Pol der Spannungsquelle (32) angeschlossen wird und die leitende Oberflächenschicht an den anderen Pol (18).
5. Fügeverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrostatische Andruckkraft erst eingeschaltet wird wenn der Draht über der vorgesehenen Fügestelle positioniert worden ist.
6. Fügeverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Andruckkraft von der Spannung einer Gleichspannungsquelle oder von der Spannung einer Wechselspannungsquelle hervorgerufen wird.
7. Fügeverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
- dass das Substrat elektrisch isolierend ist, und
- dass die elektrostatische Andruckkraft von mindestens einem Paar von Elektroden (56a, 56b) erzeugt wird, die an der Verlegestelle unter dem Substrat nebeneinander angeordnet und an die Pole (18, 19) der Spannungsquelle angeschlossen werden (Fig. 8), oder von mindestens einem Tripel von Elektroden (51 , 52, 53) erzeugt wird, die an der Verlegestelle unter dem Substrat nebeneinander angeordnet und von einer Wechselspannungsquelle mit drei gleichgroßen, sinusförmigen, und um 120° gegeneinander phasenverschobe- nen Ausgangsspannungen gespeist werden (Fig. 10a).
8. Fügeverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenwiderstand der Spannungsquelle so hoch gewählt wird, dass ihr Kurzschlussstrom kleiner als 30 mA ist.
9. Fügeverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei anliegender Spannung die Substratoberfläche in einem Bereich, wo der Draht aufliegt, mindestens bis zur Schmelztemperatur des Verbindungsmaterials erwärmt wird.
10. Fügeverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung der Substratoberfläche durch ein Heißluftgebläse erfolgt, oder durch Wärmestrahlung, die vom Substrat in einem oberflächennahen Bereich absorbiert wird, oder durch Laserstrahlung, die vom Substrat in einem oberflächennahen Bereich absorbiert wird.
11. Vorrichtung zum Verlegen von dünnem Draht auf der Oberfläche eines Substrats mittels eines rechnergesteuerten Verlegekopfes (20), der relativ zum Substrat bewegbar ist und der den Draht (1 ) dicht über der Oberfläche und nahezu parallel zu derselben mit definierter Zugkraft abspult, wobei die Verbindung von Draht und Oberfläche mittels der Oberflächenspannung eines durch Wärmezufuhr schmelzenden Verbindungsmaterials bewirkt wird, welches Draht und Substratoberfläche benetzt, gekennzeichnet durch mindestens eine elektrische Span- nungsquelle (32) und mindestens eine daran angeschlossene und in der Nähe des Drahtes angeordnete Elektrode, mittels derer der Draht (1 ) bis zur Aushärtung des Verbindungsmaterials durch elektrostatische Andruckkraft auf dem Substrat fixiert werden kann.
12. Drahtverlegevorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das schmelzende Verbindungsmaterial ein Heißkleber (17, 21 ) oder ein Lot ist, oder das Substratmaterial selbst ist, oder dass das Drahtmaterial selbst das schmelzende Verbindungsmaterial ist.
13. Drahtverlegevorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet,
- dass der Draht (1 ) elektrisch leitend ist, das Substrat elektrisch isolierend ist, und - dass die Elektrode (29) unter dem Substrat angeordnet, und Draht
(1 ) und Elektrode (29) an die beiden Pole (18, 19) der Spannungsquelle angeschlossen sind, oder
- dass zwei Elektroden (54, 56) symmetrisch neben dem Draht auf der Substratoberfläche (4) angeordnet sind, und - der Draht an den einen Pol der Spannungsquelle angeschlossen ist und die beiden Elektroden gemeinsam an den anderen Pol angeschlossen sind, oder
- dass das Substrat eine elektrisch leitende Oberflächenschicht hat, und - der Draht an den einen Pol der Spannungsquelle angeschlossen ist und die leitende Oberflächenschicht an den anderen.
14. Drahtverlegevorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle (32) eine Gleichspannungsquelle oder eine Wechselspannungsquelle ist, und dass mindestens zwei E- lektroden (29, 51 , 52, 53, 54, 56) vorgesehen sind, die an der Verlegestelle unter oder auf dem Substrat so angeordnet sind, dass ihre Kanten im Wesentlichen parallel zum Draht (1 ) verlaufen und die Elektroden an die Pole (18, 19) der Spannungsquelle (32) angeschlossen sind.
15. Drahtverlegevorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurzschlussstrom der Spannungsquelle kleiner als 30 mA ist.
16. Drahtverlegevorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, gekennzeichnet durch eine Heizvorrichtung, welche bei anliegender Spannung die Substratoberfläche in einem Bereich, wo der Draht aufliegt, mindestens bis zur Schmelztemperatur des Verbindungsmaterials erwärmt.
17. Drahtverlegevorrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch ein Heißluftgebläse, das die Substratoberfläche erwärmt, oder durch eine Wärmestrahlungsquelle, deren Strahlung in einem oberflächennahen Bereich der Substratoberfläche absorbiert wird und dadurch die Substratoberfläche erwärmt, oder durch eine Laserstrahlungsquelle, deren Strahlung in einem oberflächennahen Bereich der Substratoberfläche absorbiert wird und dadurch die Substratoberfläche erwärmt.
18. Fügeverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Erwärmung des Substrats durch Absorption von Strahlungsenergie in einem Oberflächenbereich bzw. einem der Oberfläche nahen Bereich des Substrats erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass während der Anlegung des zur Vorfixierung des Drahtes genutzten elektrischen Feldes, das die den Draht an das Substrat andrückende Kraft bewirkt, ein die Durchschlagsfestigkeit der Elektroden-Substrat-Draht-Strecke erhöhendes Vakuum erzeugt wird.
19. Fügeverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Arbeitsbereich, in dem die Fixierung des Drah- tes am Substrat erfolgt, während der Zeitspanne, in der die den Draht an das Substrat andrückende, elektrostatische Kraft ausgeübt wird, ein die Durchschlagsfestigkeit der Elektroden-/Substrat-/Draht-Strecke erhöhendes Medium - Gas oder Flüssigkeit - eingesetzt wird.
20. Fügeverfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Erhöhung der Durchschlagsfestigkeit verwendete Medium ein Gas, z. B. N2 oder SF6 oder eine Mischung der beiden Gase ist, das/die unter einem erhöhten Druck in einem Bereich bis 10 bar gehalten ist, z. B. einem Druck zwischen 5 und 10 bar, oder eine Flüssigkeit ist, die eine geeignet hohe Durchschlagsfestigkeit hat.
21. Fügeverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Erwärmung des Fixierungsmaterials durch Absorption von Laser- Strahlung erfolgt, das als Heizenergiequelle genutzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Absorption der Laserstrahlung dem Substratmaterial zumindest in einem dem Draht benachbarten, der Oberfläche nahen Bereich entweder durch Zusätze oder eine Be- schichtung Farbstoffe oder Pigmente zugefügt werden, die bei der La- serwellenlänge eine hohe Absorption haben.
22. Fügeverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung der Substratfläche durch Erzeugung eines Hochfrequenzfeldes erfolgt.
23. Fügeverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Steuerelektroden (29; 29, 51 ; 51 , 52, 53) vorgesehen sind, mittels derer elektrische Feldkomponenten erzeugbar sind, unter deren Wirkung eine seitliche Kraftwirkung auf den Draht (1 ) erreichbar ist (Fig . 10(b)).
24. Fügeverfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Elektroden (29, 51 ) vorgesehen sind, die mit Teilspannungen der zur Felderzeugung vorgesehenen Spannungsquelle (32) beaufschlagbar sind.
25. Fügeverfahren nach Anspruch 23 oder Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass auf beiden Seiten des Substrats mit Teilspannungen der Spannungsquelle ansteuerbare Elektroden verwendet werden (Fig. 10(e), 10(f)).
26. Fügeverfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der zur Erzeugung von Feldquerkomponenten vorgesehene Elektrode (29) verschiebbar ist, vorzugs- weise in einer parallel zur Verlegungsebene des Drahtes (1 ) verlaufenden Ebene.
27. Fügeverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schutz eines elektronischen Bauteils (60), mit dem der Draht (1 ) elektrisch verbindbar sein muss, mindestens eine elektrisch leitende Abschirmhaube (61 ) auf der dem Substrat abgewandten Seite des Bauteils angeordnet wird und elektrisch mit einer auf der dem Bauteil gegenüberliegenden Seite des Substrats angeordneten Gegenelektrode (29; 61 /u) verbunden ist (Fig. 11 (a), 11 (b)).
28. Fügeverfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmelektroden (61 , 61/u) des zu schützenden Bauteils (60) dieses vollkommen überdecken.
29. Fügeverfahren nach Anspruch 1 , wobei das Fixieren des Drahtes am Substrat mit Mitteln erfolgt, die eine stoffschlüssige Verbindung des Drahtes mit dem Substrat vermitteln, gekennzeichnet durch die Verwendung eines bei der Verlegungstemperatur flüssigen oder pastösen Haftklebstoffes, der aufgrund seiner Adhäsion nach vorübergehend e- lektrostatisch erzeugter Anzugskraft den verlegten Draht dauerhaft festhält.
30. Fügeverfahren nach Anspruch 29, wobei der Haftkleber während der Verlegung fortlaufend kontinuierlich oder an verteilt angeordneten Haftstellen lokal auf die Substratoberfläche appliziert wird.
31. Fügeverfahren nach Anspruch 29 oder Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Haftkleber während des Verlegungsvorganges in Form einer dünnen Schicht jeweils in demjenigen Bereich (35) aufgebracht wird, der dem Anlagebereich unmittelbar vorausgeht, in dem der Draht schon in Kontakt mit dem Klebstoff am Substrat haftet.
32. Fügeverfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Haft-Klebstoffschicht schon vor der Verlegung des Drahtes großflächig auf die Substratoberfläche appliziert wird.
33. Fügeverfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Haft-Klebstoff während der Verlegung fortlaufend, kontinuierlich oder diskontinuierlich abschnittsweise auf die Drahtoberfläche appliziert wird.
34. Fügeverfahren nach Anspruch 29, gekennzeichnet durch Verwendung eines bei der Verlegetemperatur flüssigen oder pastösen Reakti- onsklebstoffes, der durch Einstrahlung energiereicher Strahlung hart- bar ist und Härtung durch Einstrahlung in demjenigen Bereich (33), wo der Draht infolge der elektrostatischen Anziehungskraft formschlüssig auf der Substratoberfläche aufliegt.
35. Fügeverfahren nach Anspruch 34, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Klebstoffs, der durch energiereiche elektomagnetische Strahlung härtbar ist, wobei die energiereiche Strahlung elektromagnetische Strahlung - UV, sichtbares Licht oder Infrarotstrahlung - ist, die zur Härtung des Klebstoffes führt, oder durch eine ionisierend wirkende Strahlung die Härtung des Klebstoffes auslösbar ist.
36. Fügeverfahren nach Anspruch 29, gekennzeichnet durch die Verwendung eines bei der Verlegetemperatur flüssigen oder pastösen Reaktionsklebstoffes, der durch chemische Einwirkung härtbar ist, die in der Weise erfolgt, dass der Kleber in dem Bereich (33), innerhalb dessen der Draht infolge der elektrostatischen Anziehungskraft formschlüssig auf der Substratoberfläche aufliegt, reagiert.
37. Fügeverfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass die chemische Einwirkung zur Aushärtung des Haftklebstoffes durch Zuführung einer gasförmigen oder flüssigen Härterkomponente erfolgt.
38. Chipkarte für RFID-Anwendungen, mit mindestens einem Transponder, der eine aus Draht geformte Antenne umfasst, gekennzeichnet durch ihre Herstellung unter Anwendung der Verfahrensweisen nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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