WO2014135415A1 - VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER FUNKTIONALISIERTEN THERMOPLASTISCHEN KUNSTSTOFFFOLIE MIT HYBRIDEN SCHICHTSTRUKTUREN UND GEMÄß DIESEM VERFAHREN BEARBEITETE KUNSTSTOFFFOLIE - Google Patents

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER FUNKTIONALISIERTEN THERMOPLASTISCHEN KUNSTSTOFFFOLIE MIT HYBRIDEN SCHICHTSTRUKTUREN UND GEMÄß DIESEM VERFAHREN BEARBEITETE KUNSTSTOFFFOLIE Download PDF

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Definitions

  • Processed plastic film Functionalized plastic films are films made of thermoplastic polymers on which electrically active metallic structures, such as conductor tracks, sensor surfaces or the like, are applied.
  • the production of a 3D component with characteristics of a printed circuit board is known from MI D technology.
  • the relevant surface of the component is activated by means of a laser and then coated additively.
  • the outer shape is given by an injection molding process.
  • a robot system is usually used to reach the areas to be activated on a complex geometry.
  • thermoplastic polymers are provided with electrochemically deposited conductive structures and obtained by a forming process.
  • thermoplastic films with conductive materials The deep drawing of thermoplastic films with conductive materials.
  • a hybrid structure with copper tracks is provided in which the forming areas are defused with deep-drawable silver conductive pastes.
  • the method according to the invention is shown in a flowchart in FIG. 1 and consists of the sequence of the method steps described below with lowercase letters a) to i).
  • FIG. 1 consists of the sequence of the method steps described below with lowercase letters a) to i).
  • FIG. 2 is associated with the process steps a) to i) in each case a piece of a plastic film is shown, which illustrates the respective processing state schematically.
  • the sequence of the method according to the invention is as follows: a) preconditioning of a plastic film 1 made of a thermoplastic polymer.
  • Masking 4 causes only the intended plug and / or contact area and the termination area to be passivated.
  • copper-plated structure 3 connect with subsequent drying of silver conductive paste. 7
  • Mask 4 can optionally be removed.
  • the molded functionalized and separated plastic film 1 is injection-molded on an injection molding machine.
  • the preconditioning of the plastic film 1 in process step a) should preferably take place in a circulating air oven, in an IR oven or in a combination thereof.
  • the temperatures must go to the glass transition temperature of the thermoplastic polymer used to reduce residual stresses of the semifinished product and thus the shrinkage behavior.
  • the preconditioned plastic film 1 is fed to a screen printer together with a carrier.
  • the pastes 2 to be processed must first be homogenized before they are subsequently applied to a sieve.
  • the set screen printing parameters must be adapted to the pastes used. For example, to achieve a layer thickness of 4 to 6 ⁇ m after drying, a wet layer thickness of 15 to 18 m must be applied.
  • the wet-printed plastic film 1 is then dried to cure the pastes 2. The curing of the applied structure takes place either in a convection oven, in an IR oven or in their combination.
  • the surface of the applied pastes 2 is activated in process step c), so that subsequently an electroless copper deposition takes place on the printed structure.
  • the electrodeposition of copper 3 takes place in a chemical-reductive copper bath. The bath temperature, deposition rate, exposure time and the resulting
  • resulting layer thickness can be variably specified and can be adapted to the respective requirements.
  • a nickel / gold layer 5, 6 or a silver layer is additionally deposited.
  • the galvanic deposition of the nickel 5 in process step e) is carried out by a chemical-reductive nickel bath, while the gold deposition 6 takes place in a Sudbad.
  • a second conductive structure is applied by screen silver paste 7 by screen printing. This structure connects the
  • thermoforming process can be realized by thermoforming or high-pressure molding.
  • the masking 4 either remain or be removed in an additionally inserted process step g).
  • step i) the thermoformed plastic film 1 by means of a
  • the plastic film 1 produced by the method described can be used as part of a user interface or an electronic device and used in particular in a motor vehicle.

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Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zur Funktionalisierung von thermoplastischen Kunststofffolien mit hybriden Schichtstrukturen. Auf Kunststofffolien werden Kupferleitbahnen elektrochemisch abgeschieden, die in vorgesehenen Umformbereichen mit tiefziehfähigen Silberleitpasten ergänzt werden. Die nach diesem Verfahren hergestellte funktionalisierte thermoplastische Kunststofffolie kann Bestandteil einer Bedienoberfläche oder eines elektronischen Gerätes, insbesondere in einem Kraftfahrzeug sein.

Description

Verfahren zur Herstellung einer funktionalisierten thermoplastischen Kunststofffolie mit hybriden Schichtstrukturen und gemäß diesem
Verfahren bearbeitete Kunststofffolie Als funktionalisierte Kunststofffolien werden Folien aus thermoplastischen Polymeren bezeichnet, auf die elektrisch wirksame metallische Strukturen, wie Leiterbahnen, Sensorflächen oder ähnliches, aufgebracht sind.
Die Herstellung eines 3D-Bauteils mit Eigenschaften einer Leiterplatte ist aus der MI D-Technologie bekannt. Dabei wird die betreffende Oberfläche des Bauteils mittels eines Lasers aktiviert und anschließend additiv beschichtet. Die äußere Form wird durch einen Spritzgussprozess gegeben. Für die Aktivierung wird in der Regel ein Robotersystem eingesetzt, um die zu aktivierenden Bereiche auf einer komplexen Geometrie zu erreichen.
Bekannt ist auch die Herstellung von lötbaren, flexiblen Leiterplatten unter Verwendung von Polyimidfolien.
Es ist bisher kein Verfahren bekannt, bei dem thermoplastische Polymere mit elektrochemisch abgeschiedenen leitenden Strukturen versehen werden und ihre Form durch ein Umformverfahren erhalten.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes Verfahren zu schaffen und ein verfahrensgemäß hergestelltes Produkt zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 beschriebene Verfahren und das im Anspruch 2 genannte Verfahrensprodukt gelöst.
Das Tiefziehen von thermoplastischen Kunststofffolien mit leitenden
Strukturen aus Silberleitpasten ist ein bekannter Prozess, der bei funktionalisierten Folien bereits erfolgreich eingesetzt wird. Der Ansatz, diese leitenden Strukturen als Kupferbahnen zu realisieren führt aber unweigerlich zu einem Problem beim Tiefziehen. Das Kupfer ist nicht duktil genug, um den Umformgeometrien standzuhalten.
Erfindungsgemäß ist ein hybrider Aufbau mit Kupferbahnen vorgesehen, bei dem die Umformbereiche mit tiefziehfähigen Silberleitpasten entschärft werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist in der Figur 1 in einem Flussdiagramm dargestellt und besteht aus der Abfolge der nachfolgend mit Kleinbuchstaben a) bis i) bezeichneten Verfahrensschritte. In der Figur 2 ist zugehörig zu den Verfahrensschritten a) bis i) jeweils ein Stück einer Kunststofffolie dargestellt, welche den jeweiligen Bearbeitungszustand schematisch darstellt.
Unterschiedliche Materialien sind durch unterschiedliche Schraffuren gekennzeichnet und durch die Bezugszeichen 1 bis 7 markiert.
Der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens ist wie folgt: a) Vorkonditionierung einer Kunststofffolie 1 aus einem thermoplastischen Polymer.
b) Applikation einer ersten Struktur auf die Kunststofffolie 1 im
Siebdruckverfahren. Dabei können entweder leitende oder nichtleitende Pasten 2 eingesetzt werden. Die Trocknung der Pasten 2 findet im
Anschluss statt.
c) Aktivierung der Oberfläche mit anschließender Beschichtung der Struktur mit Kupfer 3,
d) Aufbringen einer Maskierung 4 mit anschließender Passivierung. Die
Maskierung 4 bewirkt, dass nur der vorgesehene Stecker- und/oder Kontaktierungsbereich und der Terminierungsbereich passiviert werden. e) Partielle Abscheidung einer Nickelschicht 5 und einer Goldschicht 6 oder einer Silberschicht im Stecker- und/oder Kontaktierungsbereich und im Terminierungsbereich.
f) Applikation einer leitfähigen und tiefziehfähigen zweiten Struktur durch eine Silberleitpaste 7 auf die Kunststofffolie 1 im Siebdruckverfahren im vorgesehenen Umformbereich, welche die Abschnitte der ersten
verkupferten Struktur 3 verbinden mit anschließender Trocknung der Silberleitpaste 7.
g) Die Maskierung 4 kann optional entfernt werden.
h) Die bedruckte Kunststofffolie 1 wird in einem Tiefziehprozess durch
Thermoformen oder High-Pressure-Forming umgeformt,
i) Die in Form gebrachte funktionalisierte und vereinzelte Kunststofffolie 1 wird an einer Spritzgussanlage hinterspritzt. Die Vorkonditionierung der Kunststofffolie 1 im Verfahrensschritt a) sollte vorzugsweise in einem Umluftofen, im IR-Ofen oder deren Kombination stattfinden. Die Temperaturen müssen bis an die Glasübergangstemperatur des eingesetzten thermoplastischen Polymers gehen, um Eigenspannungen des Halbzeuges und damit das Schwindungsverhalten zu vermindern.
Im Verfahrensschritt b) wird die vorkonditionierte Kunststofffolie 1 einem Siebdrucker samt Carrier zugeführt. In den Schritten b) und f) müssen die zu verarbeitende Pasten 2 zuerst homogenisiert werden, bevor sie darauffolgend auf ein Sieb aufgetragen werden. Die eingestellten Siebdruckparameter müssen an die eingesetzten Pasten angepasst werden. Um beispielsweise nach dem Trocknen eine Schichtdicke von 4 bis 6 μιτι zu erreichen, muss eine Nass-Schichtdicke von 15 bis 18 m aufgebracht werden. Die nassbedruckten Kunststofffolie 1 wird anschließend getrocknet, um die Pasten 2 auszuhärten. Das Aushärten der applizierten Struktur findet entweder im Umluftofen, im IR- Ofen oder in deren Kombination statt. Nach dem Aushärteprozess wird im Verfahrensschritt c) die Oberfläche der aufgebrachten Pasten 2 aktiviert, damit im Anschluss eine außenstromlose Kupferabscheidung auf der gedruckten Struktur stattfindet. Die galvanische Abscheidung des Kupfers 3 erfolgt in einem chemisch-reduktiven Kupferbad. Die Badtemperatur, Abscheiderate, Expositionszeit und die daraus
resultierende Schichtdicke sind variabel vorgebbar und können den jeweiligen Anforderungen angepasst werden.
Damit die Passivierung nur in speziellen Bereichen stattfindet, wird im
Verfahrensschritt d) eine Maskierung 4 aufgetragen, die die restlichen
Strukturen abdeckt und vor einer Passivierung schützt.
In diesen Bereichen wird ergänzend eine Nickel-/Goldschicht 5, 6 oder eine Silberschicht abgeschieden. Die galvanische Abscheidung des Nickels 5 im Verfahrenschritt e) erfolgt durch ein chemisch-reduktives Nickelbad, während die Goldabscheidung 6 in einem Sudbad stattfindet.
Im nächsten Verfahrensschritt f) wird durch eine Silberleitpaste 7 eine zweite Struktur im Siebdruckverfahren appliziert. Diese Struktur verbindet die
Kupferleiterbahnen untereinander und wird gezielt im Umformbereich gedruckt, damit diese Bereiche nach dem Thermoformen im Verfahrensschritt h) unbeschädigt bleiben. Der Tiefziehprozess kann durch ein Thermoformen oder High-Pressure-Forming realisiert werden. Dabei kann die Maskierung 4 entweder verbleiben oder in einem zusätzlich eingefügten Verfahrensschritt g) entfernt werden.
Im Schritt i) wird die warmgeformte Kunststofffolie 1 mittels einer
Laservorrichtung ausgeschnitten oder durch einen Stanzprozess vereinzelt und anschließend in einer Spritzgussanlage hinterspritzt. Die nach dem beschriebenen Verfahren gefertigte Kunststofffolie 1 kann als Bestandteil einer Bedienoberfläche oder eines elektronischen Gerätes zur Anwendung kommen und insbesondere in einem Kraftfahrzeug verwendet werden.
Bezugszeichen Kunststofffolie
Paste(n)
Kupfer (Verkupferung)
Maskierung
Nickelschicht
Goldschicht
Silber(leitpaste)

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Herstellung einer funktionalisierten thermoplastischen Kunststofffolie (1 ) mit hybriden Schichtstrukturen, gekennzeichnet durch die Abfolge folgender Verfahrensschritte: a) Vorkonditionierung einer Kunststofffolie (1 ) aus einem
thermoplastischen Polymer, b) Ausbildung einer ersten Struktur durch Applikation mindestens einer leitenden oder ein nichtleitenden Paste (2) im Siebdruckverfahren auf die Kunststofffolie (1 ) und anschließende Trocknung der Paste(n) (2), c) Aktivierung der Oberfläche und Verkupferung (3) der ersten Struktur, d) Aufbringen einer Maskierung (4), außerhalb der vorgesehenen Steckerund/oder Kontaktierungsbereiche und Terminierungsbereiche, e) Abscheidung einer Nickel- und einer Goldschicht (5, 6) oder einer
Silberschicht im Stecker- bzw. Kontaktierungsbereich und im
Terminierungsbereich als Passivierung der Leiterbahnstruktur in den nichtmaskierten Bereichen, f) Applikation einer leitfähigen und tiefziehfähigen zweiten Struktur durch eine Silberleitpaste (7) auf die Kunststofffolie (1 ) im Siebdruckverfahren im vorgesehenen Umformbereich, welche die Abschnitte der ersten verkupferten Struktur verbinden, und anschließende Trocknung der Silberleitpaste (7); g) Entfernung der Maskierung (4) (optional), h) Umformung der bedruckten Kunststofffolie (1 ) ein einem
Tiefziehprozess, i) Vereinzelung und Hinterspritzung der geformten Kunststofffolie (1 ) in einer Spritzgussanlage.
2. Funktionalisierte thermoplastische Kunststofffolie mit hybriden
Schichtstrukturen, die nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 bearbeitet ist.
3. Funktionalisierte thermoplastische Kunststofffolie nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststofffolie (1 ) Bestandteil einer Bedienoberfläche oder eines elektronischen Gerätes ist.
PCT/EP2014/053722 2013-03-02 2014-02-26 VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER FUNKTIONALISIERTEN THERMOPLASTISCHEN KUNSTSTOFFFOLIE MIT HYBRIDEN SCHICHTSTRUKTUREN UND GEMÄß DIESEM VERFAHREN BEARBEITETE KUNSTSTOFFFOLIE WO2014135415A1 (de)

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