WO2016042414A2 - Verfahren zur herstellung eines umgeformten schaltungsträgers, sowie umgeformter schaltungsträger - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines umgeformten schaltungsträgers, sowie umgeformter schaltungsträger Download PDF

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Stephan Trassl
Mag. DI Andreas TANDA
Christoph RAMSAUER
Philipp WEISSEL
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a formed circuit carrier according to claim 1. Furthermore, the invention relates to a reshaped circuit carrier according to the preamble of patent claim 11.
  • Circuit carriers for receiving, for example, electronic components and / or for implementing other electrical functions, such as sensor functions, are known from the prior art.
  • Genus according circuit carrier are usually designed as a flexible film circuit carrier or as a largely rigid or slightly flexible, rigid-flexible circuit boards.
  • Rigid circuit boards are usually made of epoxy resin and glass fiber fabric, flexible printed circuit boards made of plastic films, such as polyimide films.
  • conductive layers are usually copper layers which are patterned by means of photolithography and by etching processes.
  • flexible film circuit substrates which often consist of polyester film (PET / PEN) or also of polyimide (PI)
  • conductive structures are also partially vapor-deposited or produced by lamination of copper foils.
  • printed silver conductive tracks are also known.
  • a paste or ink with silver particles is applied by screen printing or by other printing processes on a film and forms after drying corresponding conductive structures.
  • certain silver pastes such circuit carriers can also be reshaped within relatively narrow limits, but their manufacture is expensive and relatively unreliable.
  • the known circuit carriers mentioned in the introduction can not usually be further processed in plastic processes, for example molded into a plastic part or coated with plastic, since the carrier materials used for the circuit carriers do not form a connection with materials used in plastics processing, and therefore no adhesive bond can be produced.
  • known circuit carriers are usually not deformable or only within narrow limits, in particular not freely deformable in the sense of deep drawing or in the sense of a 3D forming, ie a transformation from the planar shape into a shape with spherical surface portions.
  • the support materials are often not suitable for such a deformation
  • the conductive structures of known circuit substrate during deformation, in particular 3D deformation easily break and thus lose their conductivity.
  • silver printed conductors printed on foil can be deformed (in narrow limits) using special silver pastes, in some cases they can also be spherically or 3D formed.
  • the possible deep drawing ratio in the free deformation of such printed silver conductive tracks is relatively low with less than 2: 1.
  • the layer thickness of screen printed silver conductors is comparatively high, resulting in patterns of the conductor track structures, for example, later applied decor surfaces.
  • conductive tracks made of pastes have a lower conductivity compared to copper tracks, and silver is comparatively expensive.
  • the process reliability and speed for producing printed silver conductive tracks on film is relatively low and the reject is comparatively high.
  • manufacturing methods for the production of conventional circuit boards are usually limited to smaller areas up to a maximum of 600mm x 600mm, and disproportionately expensive on large areas.
  • the circuit carrier should be inexpensive and even with large surface dimensions with high Prozes security and precision to produce, a high drawdown ratio reach the deformation, and for further plastic processing, such as in particular for coating or back injection, can be used.
  • the method according to the invention is used to produce a shaped circuit substrate, comprising an adhesion promoter film of thermoplastic polymer and a circuit carrier film of organic polymer.
  • a surface bonding of at least regions of the adhesion promoter film to the conductor track-coated circuit carrier film takes place.
  • at least regions of the adhesion promoter film is intended to mean that the adhesion promoter film can also be larger than the circuit carrier film, so that only areas of the adhesion promoter film are coated or bonded to the circuit carrier film, while other areas of the adhesion promoter film are beyond edges of the circuit carrier film protrude.
  • the reverse case cutting of the circuit substrate film larger than adhesive film may occur, and should be encompassed by the invention. An example of this is the formation of a projecting terminal lug on the circuit substrate film.
  • step c) is then carried out an isostatic reshaping of at least partial areas of the circuit substrate, ie the composite or laminate of bonding agent film and conductor-coated circuit carrier film.
  • isostatic transformation means forming into a mold by means of a gaseous pressure medium which occurs abruptly above a glass transition temperature and below the melting temperature of the material to be formed under high gas pressure.
  • the isostatic transformation is preferably carried out at least 40 Kelvin below the melting temperature / flow temperature of the film material of the circuit substrate film to be formed.
  • the Melting temperature, for example, of polycarbonates is about 220 ° C, is therefore reformed preferably at 1 0 ° C.
  • step d the one-piece deformed unit of bonding agent film, circuit carrier foil and conductor track thus formed is removed from the mold cavity.
  • circuit carriers produced according to the invention can, in contrast to conventional circuit carriers, e.g. made of glass fiber reinforced epoxy resin, are used for further processing, in particular for injection molding or for injection molding / projection, for example in the form of film insert molding (FIM), since the material for the adhesive film of the circuit substrate can be selected so that this connects to the each used for injection molding plastic enters. Due to the low and uniform layer thicknesses of the erfmdungs according to purely metallic conductor track less or no visible marks of the structures of the conductor tracks are produced on overlying, in particular decorative surfaces of the plastic part.
  • conventional circuit carriers e.g. made of glass fiber reinforced epoxy resin
  • FIM film insert molding
  • a particularly preferred embodiment of the method according to the invention provides that the circuit carrier is 3D-deformed, deep-drawn or freeform-shaped during forming. In this way, the production of a largely arbitrary or 3D-free molded circuit substrate with interconnects is possible.
  • the method according to the invention achieves, for example, a considerably greater deep drawing ratio of 2: 1 to more than 3: 1, with simultaneously higher process reliability, higher throughput, reduced costs and reduced rejects.
  • the layer thickness of the process step a) on the circuit substrate film generated, purely metallic conductor track in the order of 1000 atomic layers is possible by a metallic layer thickness of the order of 1000 atomic layers, for example in copper so in the range of 200 to 350nm, in particular to deform the circuit substrate film with the metallic conductors in particular spherically (example deep draw) without cracking the conductor tracks or losing their continuous conductivity.
  • the particularly small layer thickness of the printed conductors also leads to a low consumption of conductive material, in particular copper.
  • the two-dimensional bonding of the adhesion promoter foil to the circuit carrier foil in process step b) takes place by means of a wet lamination process in a roll-to-roll process.
  • Role- To-roll processes are advantageous in terms of process safety and speed, especially at high volumes, allow high throughput while high process reliability and low cost.
  • the laminating process can be carried out in the form of a wet lamination, in which first a liquid laminating adhesive is applied to one of the two films, optionally pre-dried and then the film thus coated is bonded to the other film under the action of pressure and / or temperature.
  • the application of the liquid laminating adhesive is carried out preferably by means of roll application method (rotogravure, flexographic printing, screen printing, multi-roll application, etc.) or by means of spraying, dipping or jet coating.
  • the laminating adhesive itself can be solvent-free (LF lamination) or diluted with organic solvents, which are removed by means of a dryer before bonding.
  • LF lamination solvent-free
  • organic solvents which are removed by means of a dryer before bonding.
  • 2-component laminating adhesives which have high crosslinking densities and thus enable corresponding laminating strengths.
  • UV-curing laminating adhesives can be used.
  • hotmelt systems or hotmelt films are preferably used.
  • a further particularly preferred embodiment of the method according to the invention provides that before forming in method step c), a decorative layer is laminated to the circuit carrier foil on the exposed surface side of the circuit carrier (ie opposite the side of the adhesion promoter foil).
  • a protective (for example, particularly scratch-resistant), decorative and / or information purposes serving (for example, with hints or scales printed) decorative layer, in particular on the later visible side of the 3D-shaped circuit substrate (hereinafter referred to as user or A- Side referred to, in contrast to the B-side, which denotes the back or side facing away from the user, for example, a control panel) are applied.
  • Another particularly preferred embodiment of the method according to the invention provides that at least partial regions of the circuit substrate after molding in process step c) are back-injected with a polymeric cast material, in particular with a thermoplastic injection-molding material.
  • a polymeric cast material in particular with a thermoplastic injection-molding material.
  • multifunctional injection-molded parts with integrated circuit carrier foil and integrated strip conductors which receive the shape of robust and intrinsically rigid multifunctional components by the back molding, which are largely ready for installation without rework.
  • Also can - depending on the arrangement of the back injection - circuit carrier film and tracks hermetically protected, so in particular resistant to surrounding media.
  • the process thus provides a one-piece, multifunctional, free-formed injection molded part with integrated circuit carrier which is robust, low prone to error and easy to handle and assemble.
  • a further embodiment of the method according to the invention provides that, alternatively to or after the back-injection in a further method step, a protective and / or decorative coating layer is applied to the A-side of the circuit carrier.
  • a protective and / or decorative coating layer is applied to the A-side of the circuit carrier.
  • This can be done in particular in the form of in-mold coating in that after an optional injection molding at least in subregions of the later view or A side of the circuit carrier, an additional cavity in the deep-drawing mold or injection mold opens and (preferably with respect to surface properties optimized ) polymer casting or injection molding material is introduced into the additional cavity and applied to the circuit carrier, whereby this material forms the coating layer after solidification or curing.
  • the reshaped and possibly back-injected circuit carrier alternatively or additionally also to a possibly pre-applied decorative layer, a (further) protective, for example, transparent scratch-resistant and also seamless coating layer on the front or A- Page received.
  • a (further) protective for example, transparent scratch-resistant and also seamless coating layer on the front or A- Page received.
  • the thus produced seamless coating layer protects the circuit board contained (including any decorative layer), as well as any contained sensory, visual or other electronic functions from dirt, moisture and other external influences. If the corresponding layers of the circuit carrier are at least partially transparent, so the circuit carrier in this way as additional functionality For example, the ability to output information obtained by optical components such as LEDs loaded on the circuit substrate and thus integrated into the multifunctional injection molded part. Depending on the front or rear arrangement of such integrated LEDs can be selected as materials for the coating layer and also for the Schuspritz appropriate according to transparent materials.
  • a robust multifunctional circuit carrier with sensory, electrical, mechanical as well as protective and sophisticated decorative functions can be produced in one piece.
  • components produced in this way for example integrated operating consoles with capacitive sensors and optionally visual display functions, can also be significantly thinner and lighter than in control consoles known from the prior art.
  • the molded circuit boards produced by the method according to the invention are particularly well suited for difficult or demanding installation situations, for flat devices, or for innovative touch-sensitive control consoles, for example. in vehicles.
  • the circuit carrier is preceded by method step b) (laminating or bonding of bonding agent film and circuit carrier film), or in advance of process step c) (deformation), on one or both surfaces pages with electronic and / or electrical components.
  • This embodiment represents an alternative to a retrofitting of the deformed circuit carrier and allows the generation and possibly back-injection of a - at least front- or A-side, possibly also on both sides - already partially or completely populated, transformed circuit substrate.
  • a protective embedding of at least parts of the component assembly into the injection-molded material can also take place.
  • a separate blank of adhesion promoter film and / or circuit carrier film is produced prior to bonding or laminating the adhesion promoter film and the circuit carrier film in process step b).
  • the adhesive film can also be cut larger than the circuit substrate film, so that on the finished, transformed circuit substrate a partial or Complete supernatant of the adhesive film over the edge of the circuit substrate film results.
  • the reshaped circuit carrier can finally be back-injected or pre-injected, for example, on the conductor track side or provided with a coating layer, in particular in the region of the protruding adhesive promoter film, and thus embedded even more integral and hermetic in the plastic injection.
  • the reverse case cutting of the circuit substrate film larger than adhesive film
  • An example of this is the formation of a projecting terminal lug on the circuit substrate film.
  • the invention further relates to a reshaped circuit carrier, as already described above.
  • the circuit carrier comprises a laminate of a bonding agent foil of thermoplastic polymer and of a circuit carrier foil of organic polymer.
  • the circuit carrier is characterized in that the circuit carrier foil has at least one purely metallic conductor track on at least one of its surfaces, the conductor track having a layer thickness of the order of 1000 atomic layers, and wherein the conductor track together with the laminate carrying the conductor track consists of circuit carrier foil and Adhesive film is at least partially spherically reshaped.
  • the claimed metallic layer thickness in the order of 1000 atomic layers, in copper, for example in the range of 200 to 350nm layer thickness to reshape the metallic conductor (in particular free form or deep draw in the range of 200% to over 300% thermoforming ratio), without the conductor ripping or losing its continuous conductivity.
  • the aforementioned layer thickness of the at least one conductor track according to the findings of the In the case of deep drawing or in the case of the spherical or 3D deformation of the laminate of bonding agent film, circuit substrate film and printed circuit trace due to microscopic metal lattice processes, the applicant automatically produces an expanded metal-like structure of the printed conductor on a molecular size scale.
  • the conductor track endures the significant surface changes that occur, in particular, during a spherical or 3D deformation, without causing macroscopic cracks or interruptions in the conductor track.
  • the particularly small layer thickness also leads to a low consumption of conductive material, in particular of copper, and corresponding cost reduction.
  • the inventive, at least partially spherically deformed circuit carrier thus provides, in particular after a first practical plastic processing of a deformed circuit substrate, such as rear injection, coating, in-mold coating, etc., a robust, one-piece plastic component with integrable electrical or electronic functions, such as in particular information input (sensor) and possibly information output (light / display).
  • a robust, one-piece plastic component with integrable electrical or electronic functions such as in particular information input (sensor) and possibly information output (light / display).
  • the free design of the circuit carrier according to the invention or the method of producing the same result in extensive new fields of application, for example when using a free-form circuit carrier produced in this way in high-quality multifunctional control consoles, with significant advantages in terms of production. and assembly costs, handling, integration as well as user-friendliness and design.
  • FIG. 1 shows a schematic longitudinal sectional view of the layer sequence of a circuit carrier according to the present invention, at the beginning of an embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 2 shows an enlarged detail view of the circuit carrier foil according to FIG. 1 during the production of a printed circuit pattern
  • Fig. 4 in a Fig. 1 and 3 corresponding representation of the circuit carrier according to Figures 1 and 3 after the forming or deep drawing ..;
  • FIG. 5 shows in a representation corresponding to FIGS. 1 and 3 to 4 the deep-drawn circuit carrier according to FIG. 4 after the (optional) injection molding or projection;
  • FIG. 6 shows in a representation corresponding to FIGS. 1 and 3 to 5 a deep-drawn and back-injected circuit carrier according to FIG. 5 with an additional A-side coating layer;
  • Fig. 1 shows schematically the layer sequence for an embodiment of a circuit carrier according to the present invention. It can be seen drawing down (black), the primer film 1, which - in addition to a supportive stiffening of the circuit substrate film 3 - for example, in a later back injection as adhesion agent for a chosen for injection molding, in particular thermoplastic injection molding material used.
  • the bonding agent film preferably consists of a thermoplastic, for example ABS, PC, ABS / PC, PP and APET or the like. with a preferred thickness in the range of 150 ⁇ to 500 ⁇ .
  • the material of the thermoplastic adhesion promoter film 1 is based on the material used later in further processing, for example in injection molding, if the bonding agent film 1 or the circuit substrate 1, 2, 3, 4 is to be back-injected or pre-injected later, for example.
  • the material combination of adhesive film and injection molding material must be compatible with each other to ensure sufficient adhesion between the injection molding material and adhesive film 1.
  • the thickness of the primer film 1 is preferably 150 ⁇ to 500 ⁇ , more preferably 350 ⁇ to 500 ⁇ . With this layer thickness sufficient inherent rigidity of the geometry of the circuit substrate according to the invention after the later forming and before any injection molding is ensured at the same time sufficient formability.
  • the circuit carrier foil 3 follows, on which preferably conductor tracks 4 are already arranged prior to lamination of the circuit carrier foil 3 with the adhesion promoter foil 1, wherein the conductor tracks 4 are designed purely metallic and one have particularly preferred thickness in the range of 1000 atomic layers.
  • the tracks 4 copper is preferably used with a surface resistance of less than 30 mOhm / D.
  • the material used for the circuit substrate film 3 is polyester, more preferably in the variants PET or PEN, in a thickness of 12 ⁇ m to 50 ⁇ m, particularly preferably in a thickness of 23 ⁇ m to 38 ⁇ m.
  • Particularly suitable is the material PEN due to its physical properties (temperature stability, low shrinkage, low water absorption), which are advantageous for further processing.
  • the conductor tracks 4 are preferably applied to the circuit substrate film 3 according to the detail representation in FIG. 2 by first applying a dye or lacquer coating 8 soluble in a solvent, for example water, in those areas 5 of the circuit substrate film 3 in a printing process is to be included later, no traces 4, in other words in the form of an inverse coding or in the form of a negative mask.
  • the application of the coating application 8 in the regions 5 can be effected by any desired method or printing process, for example by intaglio printing, flexographic printing, screen printing, digital printing and the like.
  • the structuring of the conductor tracks 4 can also be effected by etching or by laser.
  • the lacquer 8 used is soluble in a solvent, preferably water, but it is also possible to use a lacquer which is soluble in another solvent, for example in alcohol, esters and the like.
  • the varnish 8 may be in the form of compositions based on natural or artificial macromolecules.
  • the soluble paint 8 can in principle be pigmented with any pigments, or not be pigmented. Particularly suitable as pigments are TiO 2, ZnS, kaolin and the like.
  • the printed circuit substrate film 3 printed in the areas 5 with coating application 8 is then completely over the entire area (ie both in areas 5 with coating application and in areas 7 of the later conductors 4 without coating application) by means of a plasma process (low pressure - or Wegnplasma-, treated by a corona or by means of a flame process.
  • a plasma process low pressure - or Wegnplasma-, treated by a corona or by means of a flame process.
  • High-energy plasma for example Ar or Ar / O 2 plasma
  • circuit carrier film 3 the later regions of printed conductors 4 according to FIG. 1 which are not printed with varnish application 8 from residues of the varnish application.
  • this achieves the necessary sharp delimitation of the contours, which is necessary for the necessary precision of the later printed conductors 4.
  • the exposed surface of the circuit substrate film 3 is ionized or polarized in the regions 7 of the later interconnects 4 by producing terminal polar groups on the surface.
  • the subsequent adhesion of the metallic lead Terbahn layer 6 on the drawing-related upper surface of the circuit substrate film 3 significantly improved.
  • a thin metal or metal oxide layer can be applied to the circuit substrate film 3 as an adhesion promoter substantially simultaneously with the application of the plasma or corona or flame treatment, for example by sputtering or vapor deposition.
  • Particularly suitable are Cr, Al, Ag, Ti, Cu, TiO 2, Si oxides or chromium oxides.
  • This primer layer generally has a thickness of 0, lnm-5nm, preferably 0.2nm-2nm, more preferably 0.2nm to lnm.
  • the wiring layer 6 is made of a metal or a metal alloy, for which Al, Cu, Fe, Ag, Au, Cr, Ni, Zn and the like are suitable. Suitable alloys are, for example, Cu-Al alloys, Cu-Zn alloys and the like.
  • the conductor layer 6 can be applied by known methods, for example by vapor deposition, sputtering, printing (gravure, flexo, screen, digital printing and the like), spraying, electroplating and the like.
  • the thickness of the conductor track layer 6 is preferably 100 nm to 1000 nm, and is particularly preferably of the order of 1000 atomic layers, that is to say in the case of copper in the range from 200 nm to 350 nm.
  • the paint layer 8 is removed by a suitable solvent, which is matched to the composition of the material of the paint layer 8.
  • the material chosen for the lacquer layer 8 is water-soluble.
  • the detachment of the (now covered by the conductor layer 6) lacquer layer 8 can be supported by mechanical action.
  • the circuit substrate film 3 with the conductor tracks 4 arranged thereon is connected, for example, in a wet laminating process by means of the laminating lacquer or adhesive 2 to the bonding agent film 1 such that on the one (in the figures drawing-related lower) side of the primer film 1, and on the other (in the figures drawing top side) the circuit substrate film 3 with the selective Porterbahnbe layering 4 outside.
  • the laminating process is carried out in such a way that a preferred laminating resistance against detachment of 8-10 N / mm is achieved.
  • connection between circuit substrate film 3 and bonding agent film 1 takes place in the sense of a high throughput preferably in the flat state or in the roll-to-roll process.
  • the laminate produced in this way is then separated from the roll format into an at least provisional geometry, for example by means of a steel strip cut in a crucible punching machine, resulting in a laminate blank made of circuit carrier foil 3 with conductor tracks 4 and adhesive promoter foil 1 according to FIG.
  • FIG. 3 shows the layer sequence according to FIG. 1 as a finished layer structure for a deformable circuit carrier before it is deformed. It can be seen in the area of the circuit schufolie 3 full-surface bond between adhesive film 1, Kaschierkleber- layer 2 and circuit substrate film 3, wherein on the circuit substrate film 3, preferably according to the above process description, the tracks 4 are arranged.
  • the circuit board 1-4 which is still planar according to FIG.
  • circuit substrate film 3 is then abruptly shaped or deep-drawn into a mold under high pressure by means of isostatic reforming by fluid, preferably gaseous, pressure medium above the glass transition temperature and below the melting temperature of the circuit substrate film 3 ,
  • fluid preferably gaseous, pressure medium above the glass transition temperature and below the melting temperature of the circuit substrate film 3
  • the preferred parameters, based on a laminate of circuit substrate film 3 and bonding agent film 1 are: forming pressure between 20 and 155 bar, preheating 180 ° C, local elongation up to 150% and drawing depths up to 55 mm, whereby the invention according to free-form circuit substrate 1- 4 results in FIG. 4.
  • FIG. 5 initially contains a reshaped, preferably 3D free-form circuit carrier in the form of a laminate of bonding agent film 1, laminating adhesive 2 and circuit substrate film 3 with printed conductors 4, as already shown in FIG. 4.
  • the formed circuit carrier 1-4 is back-injected with a thermoplastic material 9 in the illustration of FIG. 5. Through the back-injection 9, the deformed circuit substrate 1-4 receives additional rigidity and an additional protective plastic layer 9. In this way, the formed circuit substrate 1-4 becomes an intrinsically stiff, robust component.
  • the back-injected circuit carrier 1-4 can also be given a protective and / or decorative coating layer 10 according to FIG. 6.
  • the back coat 9 is arranged on the B side, and the coat layer 10 is arranged on the A side (front side / visible side or user side) of the later component.
  • the coating layer 10 is applied in the illustrated embodiment after injection molding with the thermoplastic material 9.
  • circuit carrier 1-4 initially remains in the injection mold after the back injection 9, after which an additional cavity in the injection mold is opened by appropriate tool movement, the size of which corresponds to the coating layer 10 to be produced, and then the additional cavity is flooded with the liquid material of the coating layer 10, for example with a reaction polymer such as polyurethane.
  • a reaction polymer such as polyurethane.
  • the embodiment according to FIG. 7 initially corresponds to the embodiment according to FIG. 6 with regard to the plastics processing (back injection 9 and coating layer 10).
  • the circuit carrier still contains a decorative layer 11, for example a colored, decorative and / or informatively printed film, or even, for example, a trained as a wood veneer or other decorative or surface material layer.
  • a decorative layer 11 for example a colored, decorative and / or informatively printed film, or even, for example, a trained as a wood veneer or other decorative or surface material layer.
  • real wood veneers, real carbon or fabrics can be used as a decorative layer 11, which is of increasing importance, for example, for the high-end automotive sector.
  • the coating layer 10 may in particular be a reaction-hardened hardcoat, for example a high-gloss PUR flooding. This provides the component with an additional, hermetic surface protection, and makes any decor layer 11 underneath it with even better brilliance stand out.
  • the embodiment according to FIG. 8 essentially corresponds to the preceding exemplary embodiment according to FIG. 7, but with the difference that the embodiment according to FIG. 8 has a circuit carrier foil 3 with double-sided conductor track 4, 4 '.
  • a rear side (B-side) assembly for example, include light-emitting diodes, while surrounding and drawing related located above the light emitting diode layer areas are completely or partially transparent, to forward the light of the rear light emitting diodes forward, while under the drawing below the light emitting diodes located layer areas are made opaque or reflective, in order to direct the largest possible proportion of light of the LEDs forward and to radiate on the user or A side.
  • an optical signal output can also take place.
  • FIG. 9 shows a further embodiment which-initially similar to the embodiments according to FIGS. 5 to 8-has a back-injection or in this case a projection 9.
  • the user or visible side A is-unlike the abovementioned embodiments according to FIGS. 6 to 8-on the drawing-related lower side, ie on the side pre-sprayed with thermoplastic 9.
  • a transparent or crystal-clear polymer is used for the back-injection 9.
  • a protective lacquer layer 12 applied to protect the otherwise exposed traces 4 from mechanical or media influences such as oxidation.
  • a final coating layer 10 is again provided, which is preferably again formed as a hardcoat, and the building partly on the user or visual side A (drawing-related below) gives a correspondingly high-gloss appearance, a high-quality feel as well as a resistant, corrosion- and abrasion-resistant surface.
  • the conductor tracks 4, 4 ' have a thickness which is markedly oversized.
  • the decorative layer 11 and the bonding agent film 1 can have a thickness 100 to 1000 greater than the printed conductors 4, 4 '. Because of this, a mechanical, optical or haptic impairment of the surface layer (for example, the decorative layer 11 according to FIG. 7 or 8) is excluded by the conductor tracks 4.
  • ready-to-use, free-form, hermetically embedable in one-piece plastic components circuit carrier can be generated with tracks, for example, to realize capacitive sensor or other electronic functions including display functions, and both a decorative surface, for example, carbon -, Textile or real wood decor, as well as a hard-wearing, scratch-resistant, protective and / or high-gloss coating layer may have.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines umgeformten Schaltungsträgers in Form eines Laminats aus Haftvermittlerfolie (1), ggf. Kleberschicht (2), Schaltungsträgerfolie (3) und rein metallischer Leiterbahn (4), letztere mit einer bevorzugten Dickenabmessung in der Größenordnung von 1000 Atomlagen. Ferner betrifft die Erfindung einen umgeformten Schaltung sträger (1-4). Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Schaltungsträger (1-4) umgeformt mittels eines gasförmigen Druckmittels, wobei das Umformen oberhalb der Glastemperatur und unterhalb der Schmelztemperatur der umzuformenden Schaltungsträgerfolie (3) unter hohem Gasdruck schlagartig erfolgt. Dank der Erfindung lassen sich erstmals stark umgeformte, insbesondere frei oder sphärisch geformte Schaltungsträger auch mit rein metallischen Leiterbahnen erzeugen. Durch optionale Hinter spritz ung (9), Aufbringung von Dekorlagen (1 1) und/oder Überzugsschichten (10) lassen sich multifunktionale, nahtlos freigeformte Kunststoffbauteile mit Elektronikintegration erhalten.

Description

Verfahren zur Herstellung eines umgeformten Schaltungsträgers,
sowie umgeformter Schaltungsträger
[01] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines umgeformten Schaltungsträgers gemäß Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung einen umgeformten Schaltungsträger nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 11.
[02] Schaltungsträger zur Aufnahme beispielsweise von elektronischen Bauelementen und/oder zur Realisierung sonstiger elektrischer Funktionen wie beispielsweise Sensorfunktionen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Gattungs gemäße Schaltungsträger sind zumeist als flexible Folienschaltungsträger oder als weitgehend starre bzw. geringfügig biegsame, starr- flexible Leiterplatten ausgeführt.
[03] Starre Leiterplatten werden dabei üblicherweise aus Epoxidharz und Glasfasergewebe, flexible Leiterplatten aus Kunststofffolien, beispielsweise aus Polyimid-Folien hergestellt. Als leitfähige Strukturen werden bei starren Leiterplatten zumeist Kupferlagen verwendet, die mittels Fotolithographie und durch Ätzvorgänge strukturiert werden. Bei flexiblen Folien schaltungsträ- gern, die häufig aus Polyesterfolie (PET/PEN) oder auch aus Polyimid (PI) bestehen, werden leitfähige Strukturen teilweise auch aufgedampft, oder durch Lamination von Kupferfolien hergestellt.
[04] Als Alternative zur Ausbildung von Leiterbahnen, insbesondere auf Folien, sind auch gedruckte Silberleitbahnen bekannt. Hierzu wird eine Paste bzw. Tinte mit Silberpartikeln im Siebdruck oder mittels anderer Druckverfahren auf eine Folie aufgebracht und bildet nach Trocknung entsprechend leitfähige Strukturen. Bei der Verwendung gewisser Silberpasten können solche Schaltungsträger innerhalb relativ enger Grenzen auch umgeformt werden, wobei deren Herstellung jedoch teuer und relativ unzuverlässig ist.
[05] Elektronische Funktionalitäten werden heute vermehrt direkt in Kunststoffteile integriert. Das bringt Vorteile in Bezug auf Designmöglichkeiten, Robustheit, Kosten, Bauraum, Korrosionsschutz sowie diverse weitere technische Vorteile, insbesondere auch in Kombination mit dekorativen Flächen an Geräten und Bedienungspanels. Hierfür sind Schaltungsträger erforderlich, die einerseits die elektronischen Anforderungen erfüllen und andererseits auf die Verwendung in der Kunststoffverarbeitung, wie Verformen oder Spritzguss, optimiert sind.
[06] Die eingangs genannten, bekannten Schaltungsträger können jedoch üblicherweise nicht in Kunststoffprozessen weiterverarbeitet, beispielsweise in ein Kunststoffteil eingeformt oder mit Kunststoff beschichtet werden, da die für die Schaltungsträger verwendeten Trägermaterialien keine Verbindung mit in der Kunststoffverarbeitung verwendeten Materialien eingehen, und sich daher kein Haftverbund herstellen lässt. Auch sind bekannte Schaltungsträger üblicherweise nicht bzw. nur in engen Grenzen verformbar, insbesondere nicht frei umformbar im Sinne des Tiefziehens bzw. im Sinne einer 3D-Umformung, also einer Umformung aus der ebenen Form in eine Form mit sphärischen Flächenanteilen. Einerseits sind die Trägermaterialien oft nicht für eine derartige Verformung geeignet, andererseits können die leitfähigen Strukturen bekannter Schaltungsträger beim Verformen, insbesondere 3D-Verformen leicht reißen und so ihre Leitfähigkeit verlieren.
[07] Zwar können auf Folie gedruckte Silberleiterbahnen bei Verwendung spezieller Silber- pasten (in engen Grenzen) verformt, teilweise auch sphärisch bzw. 3D-umgeformt werden. Das mögliche Tiefziehverhältnis bei der freien Umformung derartiger gedruckter Silberleitbahnen ist dabei jedoch mit weniger als 2:1 relativ gering. Auch ist die Schichtdicke siebgedruckter Silberleiterbahnen vergleichsweise hoch, was zu Abzeichnungen der Leiterbahn strukturen beispielsweise auf später aufgebrachten Dekoroberflächen führt. Zudem weisen Leiterbahnen aus Silber- pasten eine im Vergleich zu Kupferleiterbahnen geringere Leitfähigkeit auf, zudem ist Silber vergleichsweise teuer. Auch ist die Prozesssicherheit und -geschwindigkeit zur Herstellung gedruckter Silberleitbahnen auf Folie relativ gering und der Ausschuss ist vergleichsweise hoch.
[08] Weiterhin sind Fertigungsverfahren zur Herstellung herkömmlicher Schaltungsträger üblicherweise auf kleinere Flächen bis zu maximal 600mm x 600mm beschränkt, und auf großen Flächen überproportional teuer.
[09] Mit diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines umgeformten Schaltungsträgers, sowie einen umgeformten Schaltungsträger bereitzustellen, mit dem die eingangs genannten Nachteile des Standes der Technik überwunden werden. Insbesondere soll der Schaltungsträger kostengünstig und auch bei großen Flächenma- ßen mit hoher Prozes Sicherheit und Präzision herstellbar sein, ein hohes Tiefziehverhältnis bei der Verformung erreichen, und zur weiteren Kunststoffverarbeitung, wie insbesondere zur Be- schichtung oder Hinterspritzung, eingesetzt werden können.
[10] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 , und durch einen Schaltungsträger gemäß Patentanspruch 1 1 gelöst. [11] Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
[12] Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Herstellung eines umgeformten Schaltungsträgers, umfassend eine Haftvermittlerfolie aus thermoplastischem Polymer sowie eine Schaltungsträgerfolie aus organischem Polymer.
[13] Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt in einem ersten Verfahrensschritt a) zu- nächst ein zumindest bereichsweises Beschichten der Schaltungsträgerfolie mit zumindest einer rein metallischen Leiterbahn.
[14] Nachfolgend erfolgt in einem weiteren Verfahrensschritt b) ein flächiges Verbinden von zumindest Bereichen der Haftvermittlerfolie mit der Leiterbahn-beschichteten Schaltungsträgerfolie. "Zumindest Bereiche der Haftvermittlerfolie" soll im Sinne der Erfindung insbesondere bedeuten, dass die Haftvermittlerfolie auch größer als die Schaltungsträgerfolie sein kann, so dass nur Bereiche der Haftvermittlerfolie flächig mit der Schaltungsträgerfolie beschichtet bzw. verbunden werden, während andere Bereiche der Haftvermittlerfolie über Ränder der Schaltungsträgerfolie hinausragen. Auch der umgekehrte Fall (Zuschnitt der Schaltungsträgerfolie größer als Haftvermittlerfolie) kann auftreten, und soll von der Erfindung umfasst sein. Ein Beispiel hierfür ist die Ausbildung einer überstehenden Anschlussfahne an der Schaltungsträgerfolie.
[15] In einem weiteren Verfahrens schritt c) erfolgt sodann ein isostatisches Umformen von zumindest Teilbereichen des Schaltungsträgers, also des Verbunds bzw. Laminats aus Haftvermittlerfolie und Leiterbahn-beschichteter Schaltungsträgerfolie. "Isostatisches Umformen" bedeutet im Sinne der vorliegenden Erfindung ein in eine Form hinein erfolgendes Umformen mit- tels eines gasförmigen Druckmittels, welches oberhalb einer Glastemperatur und unterhalb der Schmelztemperatur des umzuformenden Materials unter hohem Gasdruck schlagartig erfolgt. Die isostatische Umformung erfolgt vorzugsweise mindestens 40 Kelvin unterhalb der Schmelztemperatur/Fließtemperatur des umzuformenden Folienmaterials der Schaltungsträgerfolie. Die Schmelztemperatur beispielsweise von Polycarbonaten liegt bei etwa 220°C, umgeformt wird daher vorzugsweise bei 1 0°C.
[16] Schließlich wird in einem weiteren Verfahrens schritt d) die so gebildete einstückige verformte Einheit aus Haftvermittlerfolie, Schaltungsträgerfolie und Leiterbahn aus der Formkavität entfernt.
[17] Das erfindungsgemäße Verfahren ist gegenüber dem eingangs geschilderten Stand der Technik vorteilhaft insofern, als sich hiermit erstmals umgeformte, insbesondere freigeformte Schaltungsträger für elektronische Schaltungen mit rein metallischer Leiterbahn herstellen lassen, anstelle der bisher einzig (in nennenswertem Umfang) verformbaren Folien schaltungsträger mit Leiterbahnen aus metallhaltiger Paste, insbesondere Silberleitpaste. Im Gegensatz zu herkömmlichen Leiterplatten können infolge der Erfindung auch großflächige Schaltungsträger bereitgestellt und umgeformt werden.
[18] Auch können die erfindungsgemäß erzeugten Schaltungsträger, im Gegensatz zu üblichen Schaltungsträgern z.B. aus glasfaserverstärktem Epoxidharz, zur Kunststoff Weiterverarbeitung eingesetzt werden, insbesondere für Spritzguss bzw. zum Hinterspritzen/Vorspritzen, beispielsweise in Form von Film Insert Molding (FIM), da das Material für die Haftvermittlerfolie des Schaltungsträgers so gewählt werden kann, dass dieses eine Verbindung mit dem jeweils zum Hinterspritzen verwendeten Kunststoff eingeht. Durch die geringen und gleichmäßigen Schichtdicken der erfmdungs gemäß rein metallischen Leiterbahn werden geringere oder keine sichtbaren Abzeichnungen der Strukturen der Leiterbahnen auf darüberliegenden, insbesondere dekorativen Flächen des Kunststoffteils erzeugt.
[19] Bezüglich der Patentansprüche und der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens soll dabei grundsätzlich gelten, dass verwendete Abfolgebeschreibungen wie "nachfolgend wird durchgeführt" oder "nach Verfahrens schritt x) erfolgt" nicht im Sinne von "unmittelbar nach" zu verstehen sind, sondern lediglich im Sinne einer relativen zeitlichen Abfolge. Mit anderen Worten, beispielsweise besagt der Ausdruck "Nach Verfahrensschritt x) erfolgt in einem weiteren Verfahrensschritt y)..." lediglich, dass Verfahrensschritt y) dem Verfahrensschritt x) zeitlich nachfolgt. Damit ist jedoch nicht ausgeschlossen, sondern teilweise ausdrücklich vorgesehen, dass beispielsweise weitere Verfahrensschritte, insbesondere Verfahrensschritte gemäß bevorzugter Ausführungsformen, zwischen Verfahrens schritt x) und Verfahrensschritt y) eingefügt und durchgeführt werden können. [20] Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der Schaltungsträger beim Umformen 3D-verformt, tiefgezogen bzw. freiform- umgeformt wird. Auf diese Weise wird die Herstellung eines weitgehend beliebig bzw. 3D- freigeformten Schaltungsträgers mit Leiterbahnen möglich. Im Vergleich zum herkömmlichen Umformen von Folienschaltungsträgern mit gedruckter Silberleitpaste wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beispielsweise ein erheblich größeres Tiefziehverhältnis von 2: 1 bis über 3: 1 erreicht, bei gleichzeitig höherer Prozesssicherheit, höherem Durchsatz, reduzierten Kosten und reduziertem Ausschuss.
[21] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt die Schichtdicke der in Verfahrens schritt a) auf der Schaltungsträgerfolie erzeugten, rein metallischen Leiterbahn in der Größenordnung von 1000 Atomlagen. Die Anmelderin hat herausgefunden, dass es durch eine metallische Schichtdicke in der Größenordnung von 1000 Atomlagen, beispielsweise bei Kupfer also im Bereich von 200 bis 350nm, möglich wird, die Schaltungsträgerfolie mit den metallischen Leiterbahnen insbesondere auch sphärisch zu verformen (bei- spiels weise tiefzuziehen), ohne dass die Leiterbahnen reißen oder ihre durchgängige Leitfähigkeit verlieren. Die besonders geringe Schichtdicke der Leiterbahnen führt zudem zu einem geringen Verbrauch von leitfähigem Material, insbesondere Kupfer.
[22] Bei der genannten Schichtdicke der metallischen Leiterbahnen ergibt sich nach den Erkenntnissen der Anmelderin beim Tiefziehen bzw. bei der 3D-Umformung von Schaltungsträger- folie und Leiterbahnen, aufgrund mikroskopischer Metallgittervorgänge, nach dem Verformen selbsttätig eine Streckmetall-ähnliche Struktur der Leiterbahnen im molekularen Größenmaßstab auf der Schaltungsträgerfolie. Hierdurch ertragen die Leiterbahnen auf der Schaltungsträgerfolie die bei der Verformung, insbesondere 3D- Verformung, bzw. Verformung mit sphärischen Flächenanteilen, auftretende erhebliche Flächen Veränderung, insbesondere auch Flächen vergröße- rung, ohne dass dabei makroskopische Risse bzw. Unterbrechungen in den Leiterbahnen entstehen. Weitere Rahmenbedingungen zur Erzeugung von Leiterbahnen, die eine sphärische Umformung der Schaltungsträgerfolie besonders gut ertragen, sind in der detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen genannt.
[23] Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfah- rens erfolgt das flächige Verbinden der Haftvermittlerfolie mit der Schaltungsträgerfolie in Verfahrensschritt b) mittels eines Nasskaschiervorgangs in einem Rolle-zu-Rolle- Verfahren. Rolle- zu-Rolle- Verfahren sind vorteilhaft bezüglich Prozes Sicherheit und Geschwindigkeit insbesondere bei hohen Stückzahlen, erlauben einen hohen Durchsatz bei gleichzeitig hoher Prozesssicherheit und geringen Kosten. Der Kaschiervorgang kann in Form einer Nasskaschierung ausgeführt sein, bei dem zunächst ein flüssiger Kaschierkleber auf eine der beiden Folien aufgetragen, ggf. vorgetrocknet und die so beschichtete Folie anschließend unter Einwirkung von Druck und/oder Temperatur mit der anderen Folie verbunden wird. Der Auftrag des flüssigen Kaschierklebers erfolgt dabei vorzugsweise mittels Walzenauftragsverfahren (Rotationstiefdruck, Flexodruck, Siebdruck, Mehrwalzenauftrag, etc.) oder mittels Sprüh-, Tauch- bzw. Düsenbe- schichtung. Der Kaschierkleber selbst kann lösemittelfrei sein (LF- Kaschierung) oder mit organi- sehen Lösemitteln verdünnt sein, die vor der Verklebung mittels Trockner entfernt werden. Zur Erhöhung der Beständigkeit der Kaschierung werden bevorzugt 2-komponentige Kaschierkleber eingesetzt, die hohe Vernetz ungs dichten aufweisen und somit entsprechende Kaschierfestigkeiten ermöglichen. Alternativ können UV-härtende Kaschierkleber verwendet werden. Bei besonders anspruchsvollen Verklebungen, die eine gewisse Zähigkeit aufweisen sollen, werden bevor- zugt sogenannte Hotmelt-Systeme bzw. Hotmelt-Folien eingesetzt. Dabei handelt es sich um Klebstoffe, die durch Temperatur aktiviert bzw. aufgeschmolzen werden und eine besonders innige Verbindung mit der Haft vermittler- und Schaltungsträgerfolie eingehen. Diese Temperaturaktivierung kann auch in einem nachfolgenden Verfahrensschritt (z.B. Umformen oder Hinterspritzen) erfolgen. [24] Eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass vor dem Umformen in Verfahrensschritt c) auf der freiliegenden Oberflächenseite des Schaltungsträgers (also gegenüber der Seite der Haftvermittlerfolie) ein Kaschieren einer Dekorlage auf die Schaltungsträgerfolie erfolgt. Auf diese Weise kann eine schützende (beispielsweise besonders kratzfeste), dekorative und/oder Informationszwecken dienende (bei- spielsweise mit Hinweisen oder Skalen bedruckte) Dekorlage, insbesondere auf die spätere Sichtseite des 3D-geformten Schaltungsträgers (nachfolgend auch als Benutzer- bzw. A-Seite bezeichnet, im Unterschied zur B-Seite, welche die Rückseite bzw. vom Benutzer abgewandte Seite beispielsweise eines Bedienpanels bezeichnet) aufgebracht werden.
[25] Eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass zumindest Teilbereiche des Schaltungsträgers nach dem Umformen in Verfahrensschritt c) mit einem polymeren Guss Werkstoff, insbesondere mit einem thermoplastischen Spritzgusswerkstoff hinterspritzt werden. Auf diese Weise lassen sich weitgehend frei geformte, multifunktionale Spritzgussteile mit integrierter Schaltungsträgerfolie und integrierten Leiterbahnen erzeugen, die durch das Hinterspritzen die Gestalt robuster und eigensteifer multifunktionaler Bauteile erhalten, welche weitgehend ohne Nacharbeit einbaufertig sind. Auch lassen sich - je nach Anordnung der Hinterspritzung - Schaltungsträgerfolie und Leiterbahnen hermetisch geschützt, also insbesondere resistent gegen Umgebungsmedien einschließen. Das Verfahren liefert auf diese Weise ein einstückiges, multifunktionales, freigeformtes Spritz gus steil mit integriertem Schaltungsträger, das robust, wenig fehleranfällig und einfach in Handhabung und Montage ist.
[26] Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass alterna- tiv zu oder nach dem Hinter spritzen in einem weiteren Verfahrens schritt eine schützende und/oder dekorative Überzugsschicht auf der A-Seite des Schaltungsträgers aufgetragen wird. Dies kann insbesondere in Form von In-Mold-Coating dadurch erfolgen, dass nach einem etwaigen Hinterspritzen zumindest in Teilbereichen der späteren Sicht- bzw. A-Seite des Schaltungsträgers eine Zusatzkavität in der Tiefziehform oder Spritzgussform eröffnet und ein (vorzugswei- se bezüglich Oberflächeneigenschaften optimierter) polymerer Guss- oder Spritzguss Werkstoff in die Zusatzkavität eingebracht und so auf den Schaltungsträger aufgetragen wird, wodurch dieser Werkstoff nach der Erstarrung bzw. Aushärtung die Überzugsschicht bildet.
[27] Auf diese Weise kann der umgeformte und ggf. hinterspritzte Schaltungsträger, alternativ oder zusätzlich auch zu einer ggf. vorab aufgebrachten Dekorlage, eine (weitere) schützende, beispielsweise transparent-kratzfeste und zudem nahtlose Überzugs Schicht auf der Vorder- bzw. A-Seite erhalten. Auf diese Weise lassen sich z.B. optisch besonders ansprechende und gleichzeitig robuste und korrosionsbeständige, darüber hinaus langlebige sowie haptisch angenehme, freigeformte multifunktionale Schaltungsträger erzeugen, beispielsweise als anspruchsvolle Bedienkonsolen mit integrierter Touchsensorik, die gleichzeitig mit hochwertigen gedruckten oder echten Dekoren wie z.B. Carbongeweben, Textilstoffen oder Holzfurnieren ausgestattet sein können.
[28] Die so erzeugte nahtlose Überzugs Schicht schützt den enthaltenen Schaltungsträger (einschließlich einer etwaigen Dekorlage), sowie die etwa enthaltenen sensorischen, visuellen oder sonstigen elektronischen Funktionen vor Schmutz, Feuchtigkeit und anderen äußeren Einflüssen. Falls die entsprechenden Schichten des Schaltungsträgers zumindest bereichsweise transparent ausgeführt werden, so kann der Schaltungsträger auf diese Weise als zusätzliche Funktionalität beispielsweise auch die Fähigkeit zur Informationsausgabe erhalten, indem optische Bauteile wie beispielsweise LEDs auf den Schaltungsträger bestückt und somit in das multifunktionale Spritzgussteil integriert werden. Je nach vorderseitiger oder rückseitiger Anordnung solcherart integrierter LEDs können als Materialien für die Überzugsschicht bzw. auch für die Hinterspritz ung entsprechend transparente Materialien gewählt werden.
[29] Es kann somit ein robuster multifunktionaler Schaltungsträger mit sensorischen, elektrischen, mechanischen sowie schützenden und anspruchsvollen dekorativen Funktionen einstückig erzeugt werden. Dergestalt hergestellte Bauteile, beispielsweise integrierte Bedienkonsolen mit kapazitiver Sensorik und ggf. visuellen Anzeigefunktionen, lassen sich dank des erfindungsge- mäßen Verfahrens zudem auch deutlich dünner und leichter als bei aus dem Stand der Technik bekannten Bedienkonsolen ausführen. Hierdurch, sowie durch die freie Formbarkeit, eignen sich die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten, umgeformten Schaltungsträger besonders gut für schwierige oder anspruchsvolle Einbausituationen, für flache Geräte, oder für innovative berührungssensitive Bedienkonsolen z.B. in Fahrzeugen. [30] Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Schaltungsträger im Vorfeld von Verfahrensschritt b) (Laminieren bzw. Verbinden von Haftvermittlerfolie und Schaltungsträgerfolie), oder im Vorfeld von Verfahrensschritt c) (Verformen), auf einer oder beiden Oberflächen Seiten mit elektronischen und/oder elektrischen Bauteilen bestückt. Diese Ausführungsform stellt eine Alternative zu einer nachträglichen Bestückung des verformten Schaltungsträgers dar und ermöglicht die Erzeugung und ggf. Hinterspritzung eines - zumindest front- bzw. A-seitig, ggf. auch beidseitig - bereits teilweise oder komplett bestückten, umgeformten Schaltungsträgers. Es ergibt sich somit die Möglichkeit zur Erzeugung umgeformter Schaltungsträger bzw. entsprechender multifunktionaler Spritzgussbauteile mit eingebetteten elektronischen Funktionen, insbesondere Sensorik, Au wertungselektronik und/oder visuel- le Signalisierung. Im Fall einer nachfolgenden Hinterspritzung kann zudem auch eine schützende Einbettung von zumindest Teilen der Bauteilbestückung in den Spritzgus s Werkstoff erfolgen.
[31] Nach einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt vor dem Verbinden bzw. Laminieren von Haftvermittlerfolie und Schaltungsträgerfolie in Verfahrensschritt b) ein separater Zuschnitt von Haftvermittlerfolie und oder Schaltungsträgerfo- lie. Hierbei kann insbesondere die Haftvermittlerfolie auch größer zugeschnitten werden als die Schaltungsträgerfolie, so dass sich am fertigen, umgeformten Schaltungsträger ein teilweiser oder vollständiger Überstand der Haftvermittlerfolie über den Rand der Schaltungsträgerfolie ergibt. Hierdurch kann der umgeformte Schaltungsträger abschließend beispielsweise auch auf der Leiterbahnseite hinterspritzt bzw. vorgespritzt oder mit einer Überzugsschicht versehen werden, insbesondere auch im Bereich der überstehenden Haftvermittlerfolie, und so noch integraler und hermetischer in die Kunststoffhinterspritzung eingebettet werden. Auch der umgekehrte Fall (Zuschnitt der Schaltungsträgerfolie größer als Haftvermittlerfolie) kann auftreten, und soll von der Erfindung umfasst sein. Ein Beispiel hierfür ist die Ausbildung einer überstehenden Anschlussfahne an der Schaltungsträgerfolie.
[32] Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt vor dem Umformen in Verfahrensschritt c) ein Zuschnitt des Folienlaminats aus Haftvermittlerfolie und Schaltungsträgerfolie. Hierdurch kann praktisch die gesamte Herstellung des Schaltungsträgers (im Vorfeld der Umformung) nahezu durchgehend im flachen Zustand bzw. im Rolle-zu-Rolle- Verfahren erfolgen. Die Umformung findet somit erst nach Ab- schluss aller vorherigen, im flachen Folienzustand sowie vorzugsweise noch Rolle-zu-Rolle vor- genommenen Prozessschritte statt. Dies erhöht vorteilhaft die Prozesssicherheit und den Durchsatz bei der Produktion, gleichzeitig werden im Sinne einer zuverlässigen und marktgerechten Serienproduktion Kosten und Ausschuss minimiert.
[33] Die Erfindung betrifft weiterhin einen umgeformten Schaltungsträger, wie auch bereits im Vorstehenden beschrieben. Der Schaltungsträger umfasst ein Laminat aus einer Haftvermittlerfo- lie aus thermoplastischem Polymer und aus einer Schaltungsträgerfolie aus organischem Polymer. Erfindungsgemäß zeichnet sich der Schaltungsträger dadurch aus, dass die Schaltungsträgerfolie auf zumindest einer ihrer Oberflächen zumindest eine rein metallische Leiterbahn aufweist, wobei die Leiterbahn eine Schichtdicke in der Größenordnung von 1000 Atomlagen aufweist, und wobei die Leiterbahn zusammen mit dem die Leiterbahn tragenden Laminat aus Schaltungsträgerfolie und Haftvermittlerfolie zumindest bereichsweise sphärisch umgeformt ist.
[34] Wie die Anmelderin herausgefunden hat, wird es durch die beanspruchte metallische Schichtdicke in der Größenordnung von 1000 Atomlagen, bei Kupfer also beispielsweise im Bereich einer Schichtdicke von 200 bis 350nm möglich, die metallische Leiterbahn umzuformen (insbesondere freizuformen bzw. tiefzuziehen im Bereich von 200% bis über 300% Tiefziehver- hältnis), ohne dass die Leiterbahn dabei reißt oder ihre durchgängige Leitfähigkeit verliert. Bei der vorgenannten Schichtdicke der zumindest einen Leiterbahn ergibt sich nach den Erkenntnis- sen der Anmelderin beim Tiefziehen bzw. bei der sphärischen oder 3D- Verformung des Laminats aus Haftvermittlerfolie, Schaltungsträgerfolie und Leiterbahn aufgrund mikroskopischer Metallgittervorgänge selbsttätig eine Streckmetall-ähnliche Struktur der Leiterbahn im molekularen Größenmaßstab. Hierdurch erträgt die Leiterbahn die insbesondere bei einer sphärischen bzw. 3D- Verformung auftretenden erheblichen Flächenveränderungen, ohne dass dabei makroskopische Risse bzw. Unterbrechungen in der Leiterbahn entstehen. Nicht zuletzt führt die besonders geringe Schichtdicke auch zu einem geringen Verbrauch von leitfähigem Material, insbesondere von Kupfer, und zu entsprechender Kostenreduktion.
[35] Der erfindungsgemäße, zumindest bereichsweise sphärisch umgeformte Schaltungsträger stellt somit, insbesondere nach einer damit erstmals praktikablen Kunststoffweiterverarbeitung eines verformten Schaltungsträgers, wie beispielsweise Hinter spritzen, Beschichten, In-Mold- Coating etc., ein robustes, einstückiges Kunststoffbauteil mit integrierbaren elektrischen bzw. elektronischen Funktionen dar, wie insbesondere Informationseingabe (Sensorik) und ggf. Informationsausgabe (Licht/Anzeige). [36] Durch die ermöglichte freie Formgebung bei dem erfindungsgemäßen Schaltungsträger, bzw. bei dem Verfahren zu dessen Herstellung, ergeben sich umfangreiche neue Anwendungsfelder, beispielsweise beim Einsatz eines so erzeugten, freigeformten Schaltungsträgers in hochwertigen multifunktionalen Bedienkonsolen, mit maßgeblichen Vorteilen bezüglich Herstel- lungs- und Montagekosten, Handhabung, Integration sowie Nutzerfreundlichkeit und Design. [37] Im Folgenden wird die Erfindung anhand lediglich Ausführungsbeispiele darstellender Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 in schematischer Längsschnittdarstellung die Schichtabfolge eines Schaltungsträgers gemäß der vorliegenden Erfindung, zu Beginn einer Ausführungsform des erfin- dungsgemäßen Verfahrens; Fig. 2 in einer vergrößerten Ausschnittsdarstellung die Schaltungsträgerfolie gemäß Fig. 1 während der Erzeugung eines Leiterbahnbilds; in einer Fig. 1 entsprechenden Darstellung den Schichtenaufbau des Schaltungsträgers gemäß Fig. 1 nach dem Verbinden der einzelnen Schichten zu einem Laminat; Fig. 4 in einer Fig. 1 und 3 entsprechenden Darstellung den Schaltungsträger gemäß Fig. 1 und 3 nach dem Verformen bzw. Tiefziehen;
Fig. 5 in einer Fig. 1 und 3 bis 4 entsprechenden Darstellung den tiefgezogenen Schaltungsträger gemäß Fig. 4 nach dem (optionalen) Hinterspritzen oder Vorspritzen;
Fig. 6 in einer Fig. 1 und 3 bis 5 entsprechenden Darstellung einen tiefgezogenen und hinterspritzten Schaltungsträger gemäß Fig. 5 mit einer zusätzlichen A-seitigen Überzugsschicht;
Fig. 7 in einer Fig. 1 und 3 bis 6 entsprechenden Darstellung eine Ausführungsform eines
Schaltungsträgers mit zusätzlicher Dekorlage, sowie mit Hinterspritzung und Überzugsschicht ähnlich Fig. 6;
Fig. 8 in einer Fig. 1 und 3 bis 7 entsprechenden Darstellung eine Ausführungsform ähnlich
Fig. 7, zusätzlich mit doppelseitiger Leiterbahn; und
Fig. 9 in einer Fig. 1 und 3 bis 8 entsprechenden Darstellung eine Ausführungsform ähnlich
Fig. 7, jedoch mit vertauschten A-und B-Seiten.
[38] Bei allen Figuren und allen dargestellten Ausführungsformen ist zu beachten, dass die Schichtdicken gemäß der Zeichnungsdarstellung nicht maßstabsgerecht sind, weder gegenüber der jeweiligen Gesamtfigur, noch gegenüber den Schichtdicken anderer Schichten. Einige oder alle Schichtdicken, besonders jedoch die Schichtdicken der Leiterbahnen 4, 4' sind in allen Figuren stark vergrößert dargestellt
[39] Fig. 1 zeigt schematisch die Schichtabfolge für eine Ausführungsform eines Schaltungsträgers gemäß der vorliegenden Erfindung. Man erkennt zeichnungsbezogen unten (schwarz) die Haftvermittlerfolie 1 , die - zusätzlich zu einer stützenden Versteifung des der Schaltungsträgerfolie 3 - beispielsweise bei einem späteren Hinterspritzen als Haft vermittler für einen zum Hinterspritzen gewählten, insbesondere thermoplastischen Spritzgusswerkstoff dient. Zu diesem Zweck besteht die Haftvermittlerfolie vorzugsweise aus einem Thermoplast, beispielsweise ABS, PC, ABS/PC, PP und APET o.dgl. mit einer bevorzugten Dicke im Bereich von 150 μιη bis 500 μιη. [40] Vorzugsweise richtet sich das Material der thermoplastischen Haftvermittlerfolie 1 nach dem später in der Weiterverarbeitung, beispielsweise im Spritzguss, verwendeten Material, falls die Haftvermittlerfolie 1 bzw. der Schaltungsträger 1 , 2, 3, 4 später beispielsweise hinterspritzt bzw. vorgespritzt werden soll. In diesem Fall muss die Materialpaarung von Haftvermittlerfolie und Spritzgussmaterial kompatibel zueinander sein, um eine ausreichende Haftung zwischen Spritzgussmaterial und Haftvermittlerfolie 1 zu gewährleisten.
[41] Die Dicke der Haftvermittlerfolie 1 beträgt vorzugsweise 150μηι bis 500μιη, besonders bevorzugt 350μηι bis 500μηι. Mit dieser Schichtdicke wird eine ausreichende Eigensteifigkeit der Geometrie des erfindungsgemäßen Schaltungsträgers nach dem späteren Umformen sowie vor einem etwaigen Hinterspritzen sichergestellt, bei gleichzeitig genügender Umformbarkeit.
[42] Zeichnungsbezogen oberhalb der Haftvermittlerfolie 1 ist bei der dargestellten Ausführungsform eine vorzugsweise per Rolle-zu-Rolle- Verfahren, vorzugsweise mittels Walzenauftragsverfahren (Rotationstiefdruck, Flexodruck, Siebdruck, Mehrwalzenauftrag, etc.) oder mittels Sprüh-, Tauch- bzw. Düsenbeschichtung auf die Haftvermittlerfolie 1 oder auf die Schaltungsträ- gerfolie 3 aufgetragene Schicht aus Kaschierlack oder Kaschierkleber 2 angeordnet, welche zur flächigen Verbindung zwischen Haftvermittlerfolie 1 und Schaltungsträgerfolie 3 zu einem stabilen Laminat dient. Der Kaschierkleber 2 kann dabei insbesondere in Form von Klebefolien oder Klebefilmen, durch Beschichtung oder Bedruckung oder als flüssigdosierter (dispenster) Kleber vorliegen bzw. aufgetragen werden. Die bevorzugte Schichtdicke der Kleberschicht 2 liegt bei Nasskaschierungen vorzugsweise im Bereich von 3-10 μιη, bei Hotmelt-Kaschierung vorzugsweise im Bereich von 5-50 μιη, und bei Klebefolien und Klebefilmen vorzugsweise im Bereich von 20- 130 μηι.
[43] Zeichnungsbezogen wiederum oberhalb der Kleberschicht 2 folgt in der Darstellung gemäß Fig. 1 die Schaltungsträgerfolie 3, auf welcher vorzugsweise bereits vor dem Laminieren der Schaltungsträgerfolie 3 mit der Haftvermittlerfolie 1 Leiterbahnen 4 angeordnet sind, wobei die Leiterbahnen 4 rein metallisch ausgeführt sind und eine besonders bevorzugte Dickenabmessung im Bereich von 1000 Atomlagen aufweisen. Als Material für die Leiterbahnen 4 wird bevorzugt Kupfer mit einem Oberflächen widerstand von weniger als 30 mOhm/D eingesetzt.
[44] Vorzugsweise wird für die Schaltungsträgerfolie 3 als Material Polyester, besonders be- vorzugt in den Varianten PET oder PEN, in einer Dicke von 12μηι bis 50μηι, besonders bevorzugt in einer Dicke von 23μιη bis 38μηι verwendet. Besonders geeignet ist das Material PEN aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften (Temperaturstabilität, geringer Schrumpf, geringe Wasseraufnahme), die für die Weiterverarbeitung von Vorteil sind.
[45] Die Leiterbahnen 4 werden gemäß der Ausschnittsdarstellung in Fig. 2 vorzugsweise dadurch auf die Schaltungsträgerfolie 3 aufgebracht, dass in einem Printverfahren zunächst ein in einem Lösungsmittel, beispielsweise Wasser, löslicher Färb- bzw. Lackauftrag 8 in denjenigen Bereichen 5 der Schaltungsträgerfolie 3 aufgebracht wird, die später keine Leiterbahnen 4 enthalten sollen, mit anderen Worten in Form einer inversen Kodierung oder in Form einer Negativmaske. Die Aufbringung des Lackauftrags 8 in den Bereichen 5 kann durch ein beliebiges Verfahren bzw. Druckverfahren, beispielsweise durch Tiefdruck, Flexodruck, Siebdruck, Digital- druck und dergleichen erfolgen. Die Strukturierung der Leiterbahnen 4 kann auch durch Ätzen oder durch Laser erfolgen.
[46] Der verwendete Lack 8 ist in einem Lösungsmittel, vorzugsweise in Wasser löslich, es kann jedoch auch ein in einem anderen Lösungsmittel, beispielsweise in Alkohol, Ester und dergleichen löslicher Lack verwendet werden. Der Lack 8 kann in Form von Zusammensetzungen auf Basis von natürlichen oder künstlichen Makromolekülen vorliegen. Der lösliche Lack 8 kann grundsätzlich mit beliebigen Pigmenten pigmentiert, oder nicht pigmentiert sein. Als Pigmente besonders geeignet sind Ti02, ZnS, Kaolin und dergleichen.
[47] Die so in den Bereichen 5 mit Lackauftrag 8 bedruckte Schaltungsträgerfolie 3 wird sodann gemäß Fig. 2 zunächst vollflächig (also sowohl in den Bereichen 5 mit Lackauftrag als auch in den Bereichen 7 der späteren Leiterbahnen 4 ohne Lackauftrag) mittels eines Plasmaprozesses (Niederdruck- oder Atmosphärenplasma-, mittels eines Corona- oder mittels eines Flammprozesses behandelt.
[48] Durch energiereiches Plasma, beispielsweise Ar- oder Ar/02-Plasma werden einerseits die nicht mit Lackauftrag 8 bedruckten Flächenbereiche 7 der Schaltungsträgerfolie 3 (die späte- ren Bereiche der Leiterbahnen 4 gemäß Fig. 1) von Resten des Lackauftrags gereinigt. Andererseits wird hierdurch die notwendige scharfe Abgrenzung der Konturen erreicht, die für die notwendige Präzision der späteren Leiterbahnen 4 notwendig ist. Auch wird durch diese Vorbehandlung die freiliegende Oberfläche der Schaltungsträgerfolie 3 in den Bereichen 7 der späteren Leiterbahnen 4 ionisiert bzw. polar aktiviert, indem endständige polare Gruppen an der Oberfläche erzeugt werden. Dadurch wird insbesondere die anschließende Anhaftung der metallischen Lei- terbahn schicht 6 auf der zeichnungsbezogen oberen Oberfläche der Schaltungsträgerfolie 3 entscheidend verbessert.
[49] Gegebenenfalls kann im Wesentlichen gleichzeitig mit der Anwendung der Plasma- bzw. Corona- oder Flammbehandlung eine dünne Metall- oder Metalloxidschicht als Haft vermittler, beispielsweise durch Sputtern oder Aufdampfen, auf die Schaltungsträgerfolie 3 aufgebracht werden. Besonders geeignet sind dabei Cr, AI, Ag, Ti, Cu, Ti02, Si-Oxide oder Chromoxide. Diese Haftvermittlerschicht weist im allgemeinen eine Dicke von 0,lnm-5nm, vorzugsweise 0,2nm-2nm, besonders bevorzugt 0,2nm bis lnm auf. Dadurch wird die Haftung der später aufgebrachten Leiterbahn schicht 6 weiter verbessert. [50] Anschließend wird die Leiterbahnschicht 6 gemäß Fig. 2 zunächst durchgängig sowohl über die Flächenbereiche 5 der Lackschicht 8 als auch über die Flächenbereiche 7 der späteren Leiterbahnen 4 aufgetragen, mit anderen Worten in den Flächenbereichen 5 der Lackschicht 8 wird die Leiterbahn schicht 6 auf die Lackschicht 8, und in den Flächenbereichen 7 der späteren Leiterbahnen 4 wird die Leiterbahnschicht 6 direkt auf die Schaltungsträgerfolie 3 aufgetragen. [51] Die Leiterbahnschicht 6 besteht aus einem Metall oder einer Metalllegierung, wofür AI, Cu, Fe, Ag, Au, Cr, Ni, Zn und dergleichen geeignet sind. Geeignete Legierungen sind beispielsweise Cu-Al Legierungen, Cu-Zn Legierungen und dergleichen. Die Leiterbahn schicht 6 kann durch bekannte Verfahren, beispielsweise durch Bedampfen, Sputtern, Drucken (Tief-, Flexo-, Sieb-, Digitaldruck und dergleichen), Sprühen, Galvanisieren und dergleichen aufge- bracht werden. Die Dicke der Leiterbahnschicht 6 beträgt vorzugsweise lOOnm bis lOOOnm, und liegt besonders bevorzugt in der Größenordnung von 1000 Atomlagen, bei Kupfer also im Bereich von 200nm bis 350nm.
[52] Nach dem Auftragen der Leiterbahnschicht 6 wird die Lackschicht 8 durch ein geeignetes Lösungsmittel, das auf die Zusammensetzung des Materials der Lackschicht 8 abgestimmt ist, entfernt. Bevorzugt ist das für die Lackschicht 8 gewählte Material wasserlöslich. Gegebenenfalls kann die Ablösung der (nun von der Leiterbahnschicht 6 abgedeckten) Lackschicht 8 durch mechanische Einwirkung unterstützt werden. Durch das Ablösen der Lackschicht 8 mit den auf der Lackschicht 8 befindlichen Bereichen 5 der Leiterbahnschicht 6 wird schlussendlich die gewünschte Positiv-Strukturierung der Leiterbahn schicht 6 in Form der vorgesehenen Leiterbah- nen 4 gemäß Fig. 3 erhalten. [53] Auf die vorstehend beschriebene Weise lassen sich Leiterbahnen 4 mit der gewünschten geringen und gleichmäßigen, vorgegebenen Dicke exakt und randscharf sowie vorzugsweise im kostengünstigen Rolle-zu-Rolle- Verfahren auf die Schaltungsträgerfolie 3 so aufbringen, dass sich zudem eine vorteilhafte starke Anhaftung der metallischen Leiterbahnen 4 auf der Schal- tungsträgerfolie 3 ergibt. Die Einhaltung der vorgesehenen Schichtdicke der Leiterbahnen 4 ist dabei von besonderer Bedeutung, da der später zu erwartende Umformungsgrad in entscheidendem Maße hiervon abhängt.
[54] Eine gute Anhaftung der Leiterbahnen 4 auf dem Grundmaterial der Schaltungsträgerfolie 3, die vorzugsweise durch die oben beschriebene Oberflächenaktivierung und oder Einsatz einer zusätzlichen Haftveraiittlerschicht vor der Beschichtung mit dem Leiterbahnmaterial 6 erfolgt, ist ebenfalls von entscheidender Bedeutung für das spätere Verformen, beispielsweise 3D- Tiefziehen, ohne dass dabei makroskopische Risse in den Leiterbahnen 4 entstehen.
[55] Nach der vorstehend beschriebenen Erzeugung der Leiterbahnen 4 auf der Schaltungsträgerfolie 3 wird die Schaltungsträgerfolie 3 mit den darauf angeordneten Leiterbahnen 4 bei- spiels weise in einem Nasskaschiervorgang mittels des Kaschierlacks bzw. -Klebers 2 mit der Haftvermittlerfolie 1 verbunden dergestalt, dass auf der einen (in den Figuren zeichnungsbezo- gen unteren) Seite die Haftvermittlerfolie 1 , und auf der anderen (in den Figuren zeichnungsbe- zogen oberen) Seite die Schaltungsträgerfolie 3 mit der selektiven Leiterbahnbe Schichtung 4 außen liegt. Der Kaschiervorgang wird dabei so geführt, dass eine bevorzugte Kaschierfestigkeit gegen Ablösen von 8- 10 N/mm erzielt wird.
[56] Die Verbindung zwischen Schaltungsträgerfolie 3 und Haftvermittlerfolie 1 erfolgt im Sinne eines hohen Durchsatzes bevorzugt im flachen Zustand bzw. im Rolle-zu-Rolle- Verfahren. Das so erzeugte Laminat wird sodann, beispielsweise mittels Bandstahlschnitt in einer Tiegelstanze, vom Rollenformat in eine zumindest vorläufige Geometrie vereinzelt, wodurch sich ein Laminat-Zuschnitt aus Schaltungsträgerfolie 3 mit Leiterbahnen 4 sowie Haftvermittlerfolie 1 gemäß Fig. 3 ergibt.
[57] Fig. 3 zeigt die Schichtabfolge gemäß Fig. 1 , als fertigen Schichtenaufbau für einen verformbaren Schaltungsträger vor dessen Verformung. Man erkennt den im Bereich der Schaltung strägerfolie 3 vollflächigen Verbund zwischen Haftvermittlerfolie 1 , Kaschierkleber- Schicht 2 und Schaltungsträgerfolie 3, wobei auf der Schaltungsträgerfolie 3, vorzugsweise gemäß vorstehender Verfahrensbeschreibung, die Leiterbahnen 4 angeordnet sind. [58] Der noch ebene Schaltungsträger 1-4 gemäß Fig. 3 wird nun mittels isostatischen Um- formens durch fluides, vorzugsweise gasförmiges Druckmittel oberhalb der Glastemperatur sowie unterhalb der Schmelztemperatur der Schaltungsträgerfolie 3, unter hohem Druck schlagartig in eine Form hinein umgeformt bzw. tiefgezogen. Die dabei bevorzugten Parameter, bezogen auf ein Laminat aus Schaltungsträgerfolie 3 und Haftvermittlerfolie 1 lauten: Umformdruck zwischen 20 und 155 bar, Vorheiztemperatur 180°C, lokale Dehnung bis zu 150% und Ziehtiefen bis 55 mm, wodurch sich der erfindung gemäß freigeformte Schaltungsträger 1-4 gemäß Fig. 4 ergibt.
[59] Mittels der vorbezeichneten Verfahrensführung kann nach den Erkenntnissen der Anmel- derin sichergestellt werden, dass die elektrische Leitfähigkeit der Leiterbahnen 4 nach dem Umformen des Laminats gemäß Fig. 4 ungestört erhalten bleibt. Dies hängt damit zusammen, wie die Anmelderin erkannt hat, dass bei einer 3D- Verformung des Laminats aus Schaltungsträgerfolie 3 und Leiterbahn 4, aufgrund von mikroskopischen Metallgittervorgängen, Streckmetall- ähnliche Strukturen der Leiterbahn 4 im molekularen Größenmaßstab auf der Schaltungsträgerfo- lie 3 entstehen, sofern die weiter oben bei Fig. 1 bis 3 beschriebenen Bedingungen hinsichtlich der Erzeugung und insbesondere Schichtdicke der Leiterbahnen 2 eingehalten werden. Auf diese Weise erträgt die Leiterbahn 4 die insbesondere bei einer Verformung mit sphärischen Anteilen, bzw. 3D- Verformung, auftretenden Flächenveränderungen, ohne dass dabei makroskopische Risse bzw. Unterbrechungen in der Leiterbahn 4 auftreten. [60] Fig. 5 enthält zunächst einen umgeformten, vorzugsweise 3D-freigeformten Schaltungsträger in Form eines Laminats aus Haftvermittlerfolie 1 , Kaschierkleber 2 und Schaltungsträgerfolie 3 mit Leiterbahnen 4, wie auch bereits in Fig. 4 dargestellt. Zusätzlich zur Darstellung in Fig. 4 ist der umgeformte Schaltungsträger 1-4 in der Darstellung von Fig. 5 mit einem Thermoplastwerkstoff 9 hinterspritzt. Durch die Hinterspritzung 9 erhält der umgeformte Schaltungsträ- ger 1-4 zusätzliche Steifigkeit und eine zusätzliche schützende Kunststofflage 9. Auf diese Weise wird der umgeformte Schaltungsträger 1-4 zu einem eigensteifen, robusten Bauteil.
[61] Zusätzlich oder alternativ zur Hinterspritzung 9 kann der hinterspritzte Schaltungsträger 1-4 auch eine schützende und oder dekorative Überzugsschicht 10 gemäß Fig. 6 erhalten. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 ist die Hinterspritzung 9 auf der B-Seite, und die Überzugs- schicht 10 auf der A-Seite (Vorderseite/Sichtseite bzw. Benutzerseite) des späteren Bauteils angeordnet. [62] Die Überzugs schicht 10 wird bei der dargestellten Ausführungsform nach dem Hinterspritzen mit dem Thermoplastwerkstoff 9 aufgebracht. Dies erfolgt beispielsweise durch In- Mold-Coating, indem der Schaltungsträger 1-4 nach dem Hinterspritzen 9 zunächst noch im Spritzgusswerkzeug verbleibt, wonach durch entsprechende Werkzeugbewegung eine Zusatz- kavität im Spritzgusswerkzeug eröffnet wird, deren Größe der zu erstellenden Überzugsschicht 10 entspricht, und wonach die Zusatzkavität mit dem flüssigen Werkstoff der Überzugsschicht 10, beispielsweise mit einem Reaktionspolymer wie Polyurethan, geflutet wird. Nach der Erstarrung bzw. Aushärtung der so erzeugten Überzugsschicht 10 in der Zusatzkavität des Spritzgusswerkzeugs kann das fertige Bauteil gemäß Fig. 6 aus der Werkzeugform entnommen werden. Es wird ein hochgradig robustes und oberflächlich zusätzlich geschütztes Bauteil gemäß Fig. 6 erhalten, welches integrierte elektronische Funktionen, insbesondere Sensorikfunktionen wie beispielsweise berührungssensitive Flächen 4 aufweisen kann.
[63] Die Ausführungsform gemäß Fig. 7 entspricht bezüglich der Kunststoff- Weiterverarbeitung (Hinterspritzung 9 und Überzugsschicht 10) zunächst der Ausführungsform gemäß Fig. 6. Zusätzlich weist gemäß Fig. 7 der enthaltene Schaltungsträger noch eine Dekorlage 11, beispielsweise eine eingefärbte, dekorativ und/oder informativ bedruckte Folie, oder auch beispielsweise eine als Holzfurnier oder als anderer Dekorations- bzw. Oberflächenwerkstoff ausgebildete Schicht auf. Auf diese Weise lassen sich insbesondere auch Echtholzfurniere, Echtcarbon oder Textilstoffe als Dekorlage 11 verwenden, was beispielsweise für den hochwertigen Automobilbereich von zunehmender Bedeutung ist.
[64] Bei der Überzugs schicht 10 kann es sich insbesondere um ein reaktionsgehärtetes Hard- coat, beispielsweise um eine hochglänzend ausgeführte PUR-Überflutung handeln. Diese verschafft dem Bauteil einen zusätzlichen, hermetischen Oberflächenschutz, und lässt eine etwaige, darunter befindliche Dekorlage 11 mit noch besserer Brillanz zur Geltung kommen. [65] Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 entspricht im Wesentlichen dem vorstehenden Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7, jedoch mit dem Unterschied, dass die Ausführungsform gemäß Fig. 8 eine Schaltungsträgerfolie 3 mit doppelseitiger Leiterbahn 4, 4' aufweist. Die doppelseitige Leiterbahn 4, 4' der Ausführungsform gemäß Fig. 8 erlaubt beispielsweise eine rückseitige Bestückung (B-Seite, zeichnungsbezogen unten) der Leiterbahnen 4' mit Bauelementen (wofür dann z.B. entsprechende Aussparungen zur Aufnahme der Bauelemente in der Haftvermittlerfolie 1 vorzusehen sind), während die vorderseitigen Leiterbahnen 4 (A-Seite, zeichnungsbezogen oben) beispielsweise wieder für Sensorikzwecke, insbesondere zum Einsatz als kapazitive Berührungssensoren eingesetzt werden können.
[66] Bei einer möglichen Variante kann eine rückseitige (B-seitige) Bestückung beispielsweise auch Leuchtdioden umfassen, während umgebende sowie zeichnungsbezogen oberhalb der Leuchtdioden befindliche Schichtbereiche ganz oder bereichsweise transparent ausgeführt werden, um das Licht der rückwärtigen Leuchtdioden nach vorne durchzuleiten, während zeichnungsbezogen unterhalb der Leuchtdioden befindliche Schichtbereiche lichtundurchlässig oder reflektierend ausgeführt werden, um einen möglichst großen Lichtanteil der Leuchtdioden nach vorne zu richten und auf der Nutzer- bzw. A-Seite abzustrahlen. Auf diese Weise kann zusätzlich oder alternativ zur berührungssensitiven Sensorik beispielsweise auch eine optische Signalausgabe erfolgen.
[67] Eine weitere, nicht eigens dargestellte Ausführungsform kann darin bestehen, die Überzugsschicht 10 gemäß Fig. 7 oder 8 wegzulassen. Bei dieser Ausführungsform kann dann die Dekorlage 1 1 selbst die A- bzw. Sichtseite (zeichnungsbezogen oben) des Bauteils bilden. [68] Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform, die - zunächst ähnlich wie die Ausführungsformen gemäß Fig. 5 bis 8 - eine Hinterspritzung bzw. hier Vorspritzung 9 aufweist. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9 befindet sich die Benutzer- bzw. Sichtseite A jedoch - anders als bei den vorgenannten Ausführungsformen gemäß Fig. 6 bis 8 - auf der zeichnungsbezogen unteren Seite, also auf der mit Thermoplast 9 vorgespritzten Seite. [69] Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9 wird für die Hinterspritzung 9 insbesondere ein transparentes bzw. glasklares Polymer verwendet. Zudem übernimmt die Haftvermittlerfolie 1, die sich bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9 nicht auf der Rückseite (B-Seite) des Bauteils, sondern auf der Sichtseite (A-Seite) befindet, gleichzeitig die Aufgabe der Dekorlage 1 1 (vgl. Fig. 7 und 8), mit anderen Worten die Haftvermittlerfolie 1, 1 1 gemäß Fig. 9 weist hier eine ent- sprechende Einfärbung oder ein entsprechendes Dekor auf. Zeichnungsbezogen oben (hier auf der B-Seite, also auf der Bauteilrückseite) ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9 eine schützende Lackschicht 12 aufgebracht, um die ansonsten freiliegenden Leiterbahnen 4 vor mechanischen oder Medieneinflüssen wie beispielsweise Oxidation zu schützen.
[70] Auch bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9 ist wieder eine abschließende Überzugs- schicht 10 vorgesehen, welche vorzugsweise wieder als Hardcoat ausgebildet ist, und dem Bau- teil auf der Nutzer- bzw. Sichtseite A (zeichnungsbezogen unten) ein entsprechend hochglänzendes Erscheinungsbild, eine hochwertige Haptik sowie eine widerstandsfähige, korrosions- und abriebfeste Oberfläche verleiht.
[71] An dieser Stelle sei nochmals vermerkt, dass in den Figuren insbesondere die Leiterbah- nen 4, 4' eine stark übermaßstäblich gezeichnete Dicke aufweisen. Am realen Bauteil können beispielsweise die Dekorlage 1 1 und die Haftvermittlerfolie 1 eine um einen Faktor 100 bis 1000 größere Dicke aufweisen als die Leiterbahnen 4, 4'. Aufgrunddessen ist eine mechanische, optische oder haptische Beeinträchtigung der Oberflächenschicht (beispielsweise der Dekorlage 1 1 gemäß Fig. 7 oder 8) durch die Leiterbahnen 4 ausgeschlossen. [72] Im Ergebnis wird ersichtlich, dass sich dank der Erfindung einbaufertige, freigeformte, hermetisch in einstückige Kunststoffbauteile einbettbare Schaltungsträger mit Leiterbahnen erzeugen lassen, beispielsweise zur Realisierung kapazitiver Sensorik oder weitergehender elektronischer Funktionen einschließlich Anzeigefunktionen, und die sowohl eine dekorative Sichtoberfläche, beispielsweise auch Carbon-, Textil- oder Echtholzdekor, als auch eine strapazierfähige, kratzfeste, schützende und/oder hochglänzende Überzugsschicht aufweisen können.
[73] Dank des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie dank des erfindung gemäßen freigeformten Schaltungsträgers lassen sich maßgebliche neue Anwendungsfelder beispielsweise für nahtlos frei geformte multifunktionale Bedienkonsolen erschließen, mit denen entscheidende Vorteile hinsichtlich Herstellungs- und Montageaufwand, ferner hinsichtlich Handhabung und Bauteilin- tegration, sowie bezüglich Robustheit, Nutzerfreundlichkeit und Design erreichbar sind.
Bezugszeichen
1 Haftvermittlerfolie
2 Kaschierkleber-Schicht
3 Schaltungsträgerfolie
4, 4' Leiterbahn
5 Flächenbereich des Lackauftrags
6 Leiterbahn Schicht
7 Flächenbereich der Leiterbahn
8 Lackschicht
9 Hinterspritzung
10 Überzugsschicht
1 1 Dekorlage
12 Schutzlack
A Sichtseite, Sichtoberfläche, Nutzerseite
B Rückseite

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines umgeformten Schaltungsträgers (1, 3, 4), der Schaltungsträger (1 , 3, 4) umfassend eine Haftvermittlerfolie (1) aus thermoplastischem Polymer sowie eine leiterbahntragende Schaltungsträgerfolie (3) aus organischem Polymer, mit den folgenden Verfahrens schritten
a. Beschichten der Schaltungsträgerfolie (3) mit zumindest einer rein metallischen Leiterbahn (4);
b. flächiges Verbinden von zumindest Bereichen der Haftvermittlerfolie (1) mit der Leiterbahn-beschichteten Schaltungsträgerfolie (3);
c. Isostatisches Hochdruckumformen von zumindest Teilbereichen des Schaltungsträgers (1 , 3, 4);
d. Entformen der einstückigen, umgeformten Einheit aus Haftvermittlerfolie (1), Schaltung strägerfolie (3) und Leiterbahn (4).
2. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Umformen von zumindest Teilbereichen des Schaltungsträgers (1 , 3, 4) ein 3D- bzw. Freiform- Umformen bzw. Tiefziehen ist.
3. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Schichtdicke der in Verfahrensschritt a) erzeugten metallischen Leiterbahn (4) auf der Schaltungsträgerfolie (3) in der Größenordnung von 1000 Atomlagen liegt.
4. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das flächige Verbinden der Haftvermittlerfolie (1) mit der Schaltungsträgerfolie (3) in Verfahrensschritt b) mittels eines Nasskaschiervorgangs (2) in einem Rolle-zu-Rolle- Verfahren erfolgt.
5. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Umformen in Verfahrens schritt c) auf der freiliegenden Oberflächenseite des Schaltungsträgers (1, 3, 4) ein Kaschieren einer Dekorlage (11) auf die Schaltungsträgerfolie (1) erfolgt.
6. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest Teilbereiche des Schaltungsträgers (1, 3, 4) nach dem Verformen in Verfahrensschritt c) einem weiteren Verfahrensschritt mit einem polymeren Gusswerkstoff, insbesondere Spritzgus s werkstoff (9) hinterspritzt werden.
7. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach Verfahrensschritt c) oder d) in einem weiteren Verfahrens schritt eine schützende und/oder dekorative Überzugs Schicht (10) auf der späteren Sichtseite A des Schaltungsträgers (1 , 3, 4) aufgetragen wird.
8. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsträger (1, 3, 4) im Vorfeld von Verfahrensschritt b) oder c) auf einer oder beiden Oberflächenseiten mit elektronischen und/oder elektrischen Bauteilen bestückt wird.
9. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Verbinden von Haftvermittlerfolie (1) und Schaltungsträgerfolie (3) in Verfahrensschritt b) ein separater Zuschnitt der Haftvermittlerfolie (1) und/oder der Schaltungsträgerfolie (3) erfolgt.
10. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Umformen in Verfahrensschritt c) ein Zuschnitt des Folienlaminats aus Haftvermittlerfolie (1) und Schaltungsträgerfolie (3) erfolgt.
1 1. Umgeformter Schaltungsträger, umfassend ein Laminat aus einer Haftvermittlerfolie (1) aus thermoplastischem Polymer und einer Schaltungsträgerfolie (3) aus organischem Polymer, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsträgerfolie (3) auf zumindest einer ihrer Oberflächen zumindest eine rein metallische Leiterbahn (4) mit einer Schichtdicke in der Größenordnung von 1000 Atomlagen aufweist, wobei die Leiterbahn (4) zusammen mit dem die Leiterbahn (4) tragenden Laminat aus Haftvermittlerfolie (1) und Schaltungsträgerfolie (3) zumindest bereichs weise sphärisch umgeformt ist.
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