DE10153482A1 - Verfahren zum Behandeln eines elektrischen Leiters - Google Patents

Abstract

Um ein kostengünstiges und Material sparendes Behandeln eines Leiters, insbesondere einer Leiterbahn (6), zu ermöglichen, wird auf einen lokal begrenzten Oberflächenbereich der Leiteroberfläche eine Bechichtung (10A-10K) mit einem thermischen Spritzverfahren, insbesondere mit dem Flammspritzen, aufgebracht. Die Bechichtung ist dabei insbesondere in einem Kontaktbereich (8) als eine korrosionsfeste metallische Beschichtung (10A) ausgebildet.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln eines elektrischen Leiters sowie zur Erzeugung einer Leiterbahnstruktur.
• Als Leitermaterial für einen elektrischen Leiter wird in großem Umfang Kupfer oder eine Kupferlegierung verwendet. Bei so genannten Folienleitungen sind auf einem folienartigen Trägermaterial als Einzelleiter mehrere Leiterbahnen nebeneinander angeordnet. Derartige Folienleitungen weisen eine sehr hohe Biegeflexibilität auf und lassen sich daher sehr einfach verlegen. Aufgrund ihrer flachen Ausgestaltung ist die benötigte Einbautiefe sehr gering. Sie eignen sich daher insbesondere zur Anordnung zwischen flächigen, eng aneinander angrenzenden Bauteilen. Die Folienleitungen werden zunehmend im Bereich der Automobilindustrie im Kraftfahrzeugbereich eingesetzt.
• Um die Leiterbahnen gegenüber Umwelteinflüssen, insbesondere gegen Korrosion, zu schützen, werden die Leiterbahnen "veredelt", also mit einer Schutzschicht überzogen. Hierzu ist üblicherweise vorgesehen, die gesamte Leiterbahn beispielsweise zu verzinnen. Dies erfolgt insbesondere galvanotechnisch indem die Leiterbahn beispielsweise durch ein Zinnbad geführt wird. Dies erfordert bei der Herstellung den zusätzlichen Arbeitsschritt des Verzinnens und zudem ist der Materialbedarf an Beschichtungsmaterial hoch, so dass aus Kostengründen der Einsatz von hochwertigen Edelmetallen zur Veredelung der Leiterbahn in der Regel ausscheidet.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges und Material sparendes Verfahren zum Behandeln eines elektrischen Leiters anzugeben.
• Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Verfahren zum Behandeln eines elektrischen Leiters, insbesondere zum Behandeln einer Leiterbahn einer Folienleitung, wobei auf einen lokal begrenzten Oberflächenbereich der Leiteroberfläche eine Beschichtung mit einem thermischen Spritzverfahren, insbesondere mit dem Flammspritzen, aufgebracht wird.
• Im Vergleich zu dem herkömmlichen Eintauchen der gesamten Leiterbahn in ein Galvanikbad bietet dieses Verfahren den entscheidenden Vorteil, dass die Leiterbahn lediglich partiell, d. h. in einem begrenzten Bereich, veredelt wird. Die Veredelung wird also nur an solchen Bereichen vorgenommen, die auch tatsächlich einer erhöhten Beanspruchung ausgesetzt sind. Im Vergleich zum vollständigen Eintauchen lässt sich daher eine deutliche Materialeinsparung erzielen. Dadurch können auch hochwertige Materialien für die Beschichtung, wie beispielsweise Silber- oder Goldlegierungen, kostengünstig verwendet werden. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist darin zu sehen, dass das Verfahren des thermischen Spritzens in einfacher Weise in den Produktionsprozess insbesondere einer Folienleitung zu integrieren ist und somit das Herstellungsverfahren vereinfacht und kostengünstiger wird.
• Das thermische Spritzen wird üblicherweise zur Oberflächenvergütung von Bauteilen vorgesehen, deren Bauteiloberfläche einer besonders hohen mechanischen, chemischen oder Temperaturbelastung ausgesetzt ist. Im "Handbuch der Fertigungstechnik", Bd. 4/1: Abtragen, Beschichten, von G. Spur und Th. Stöffele, Karl Hanser Verlag, München-Wien, 1987, sind die Grundzüge des thermischen Spritzens, beispielsweise im Kapitel 2.4.3.1 behandelt. Das Flammspritzen als ein spezielles thermisches Spritzverfahren ist ein verfahrenstechnisch einfaches Beschichtungsverfahren, das schnelle Beschichtungen mit einer hohen Auftragrate zulässt und sich daher besonders für eine effiziente und wirtschaftliche Veredelung der Leiter eignet.
• Vorzugsweise wird ein Kontaktbereich der Leiterbahn mit einer korrosionsfesten metallischen Beschichtung überzogen. Es erfolgt also in einem für eine Kontaktierung vorgesehenen Bereich ein partielles, d. h. räumlich abgegrenztes Metallisieren der Leiterbahnoberfläche, um die Kontaktfläche effektiv gegen Korrosion zu schützen und somit den elektrischen Kontakt am Kontaktbereich auch langfristig sicherzustellen.
• In einer bevorzugten Ausgestaltung werden zwei nebeneinander angeordnete Leiterbahnen durch die Beschichtung überbrückt, d. h. miteinander leitend verbunden. Dadurch kann in einfacher Weise das Leiterbahnmuster durch geeignete Verbindung von unterschiedlichen Leiterbahnen leicht und ohne großen Aufwand modifiziert werden. Insbesondere besteht dadurch die Möglichkeit, elektrische Schaltungen oder elektrische Bauelemente, wie beispielsweise einen Widerstand, zu erzeugen.
• Vorzugsweise werden auf verschiedenen insbesondere unmittelbar aneinander angrenzenden Oberflächenbereichen unterschiedliche Beschichtungsmaterialien aufgetragen. Diese Bereiche bilden daher Kontaktzonen mit unterschiedlichen Kontaktwiderständen. Durch diese Maßnahme lassen sich also ebenfalls die elektrischen Eigenschaften, insbesondere die Kontakteigenschaften, des Leiterbahnmusters beeinflussen.
• In einer bevorzugten Ausgestaltung werden zwei Leiter zur Ausbildung eines Thermoelements über zwei Beschichtungen mit unterschiedlichen Beschichtungsmaterialien miteinander kontaktiert. Ganz allgemein wird hierbei derart vorgegangen, dass auf den Oberflächenbereich des ersten Leiters ein erstes leitfähiges Beschichtungsmaterial und auf den Oberflächenbereich des zweiten Leiters ein zweites, vom ersten verschiedenes, leitfähiges Beschichtungsmaterial aufgebracht wird. Die beiden Beschichtungsmaterialien sind miteinander verknüpft. Es liegt also eine Materialpaarung vor, über die die beiden Leiter miteinander verbunden sind. Die Eigenschaften des Thermoelements lassen sich durch eine geeignete Materialkombination der Beschichtungsmaterialien variieren.
• Zweckdienlicherweise werden auf den Oberflächenbereich in Schichttechnik übereinander mehrere Beschichtungen mit unterschiedlichen Beschichtungsmaterialien aufgebracht. Dies ermöglicht zum einen, zwischen der Leiterbahn und der eigentlichen Veredelungsschicht, eine Zwischenschicht anzuordnen, die beispielsweise als Haftvermittlerschicht dient. Weiterhin können die Beschichtungsmaterialien geeignet gewählt werden, um den Übergangswiderstand zwischen den einzelnen Schichten und damit auch den Kontaktwiderstand zu beeinflussen.
• Mit dem thermischen Spritzen lässt sich auch Isoliermaterial auftragen. In einer bevorzugten Variante wird in Schichttechnik zunächst eine Isolierschicht und anschließend eine leitfähige Schicht aufgebracht. Die Isolierschicht weist dabei derartige Haftungseigenschaften auf, dass sie von der Leiterbahn lösbar ist. Überdeckt die leitfähige Schicht sowohl die Isolierschicht als auch ein Stück der Leiterbahn, kontaktiert also die leitfähige Schicht die Leiterbahn, so ist eine Art von der Leiterbahn abnehmbarer Kabelschwanz gebildet, der beispielsweise als Stecker herangezogen werden kann.
• Im Hinblick auf ein möglichst kostengünstiges Herstellungsverfahren ist zur Lösung der Aufgabe erfindungsgemäß weiterhin ein Verfahren zum Erzeugen einer Leiterbahnenstruktur vorgesehen, bei dem in einem ersten Schritt eine Leiterbahn durch ein thermisches Spritzverfahren auf ein Trägermaterial aufgebracht wird und in einem zweiten Schritt auf einem lokal begrenzten Oberflächenbereich der Leiterbahn eine Beschichtung mit dem thermischen Spritzverfahren, insbesondere mit dem Flammspritzen, aufgebracht wird.
• Dieses Verfahren ermöglicht in vorteilhafter Weise mit nur einer Technologie die Herstellung der Leiterbahn bzw. einer gesamten Leiterbahnstruktur inklusive des Veredelns. Die Leiterbahnen selbst werden also ebenfalls mit dem thermischen Spritzen erzeugt.
• Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Leiterbahn unmittelbar auf ein Trägerbauteil durch das thermische Spritzen aufgebracht wird. Eine separate Anfertigung einer Folienleitung ist dann nicht mehr erforderlich. Das Trägerbauteil ist beispielsweise ein Kunststoff-Formbauteil im Armaturenbereich eines Kraftfahrzeugs, eine Tür, eine Türverkleidung, ein Dachhimmel oder sonstige Formbauteile insbesondere im Kraftfahrzeug. Ein derartiges Verfahren zum Erzeugen eines Leiterbahnmusters unmittelbar auf einem Formbauteil ist beispielsweise beschrieben in der deutschen Patentanmeldung 101 09 087.0-34 vom 24.02.2001 der gleichen Anmelderin.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils in schematischen und grob vereinfachten Darstellungen:
• Fig. 1 eine Folienleitung mit mehreren Leiterbahnen, deren Kontaktbereiche beschichtet sind,
• Fig. 2 einen Schnitt durch eine Folienleitung mit einerseits nebeneinander angeordneten sowie andererseits in Schichtbauweise übereinander angeordneten Beschichtungen mit unterschiedlichen Beschichtungsmaterialien,
• Fig. 3 einen Schnitt durch eine Folienleitung, bei der in Schichtbauweise zunächst eine Isolierschicht und anschließend eine leitfähige Schicht aufgetragen ist, und
• Fig. 4 einen Schnitt durch eine Folienleitung, die als ein Thermoelement ausgebildet ist.
• Gemäß Fig. 1 sind bei einer Folienleitung 2 auf einem Trägermaterial 4 mehrere Leiterbahnen 6 nebeneinander parallel verlaufend angeordnet. Die einzelnen Leiterbahnen 6 könnten alternativ beim Ausführungsbeispiel auch unterschiedliche Leiterbahnbreiten sowie zu einem beliebigen Leiterbahnmuster ausgebildet sein. Endseitig weisen die Leiterbahnen 6 jeweils einen Kontaktbereich 8 auf, auf den eine Korrosionsschutzschicht 10A mittels des Flammspritzens aufgebracht wurde. Als Beschichtungsmaterial kommt hierbei beispielsweise eine Zinn-, Kupfer-, Silber- oder Goldlegierung zum Einsatz.
• Neben der Korrosionsschutzschicht 10A der einzelnen Kontaktbereiche 8 sind zwei der Leiterbahnen 6 über eine Brücke 11 miteinander verbunden. Die Brücke 11 ist ebenfalls als eine leitfähige Schicht 10B ausgebildet, die mittels des Flammspritzens aufgebracht ist. Durch eine geeignete Wahl der Spritzparameter, wie Materialauftrag, Breite der Schicht 10B, kann beispielsweise der Widerstand der Brücke 11 eingestellt werden. Insgesamt lassen sich auf diese Weise daher auch elektronische Bauelemente verwirklichen.
• Im Unterschied zu herkömmlichen Verfahren, bei denen die Leiterbahnen 6 vor ihrem Anbringen auf dem Trägermaterial 4 vollständig in ein galvanisches Bad getaucht wurden, wird durch dieses partielle, also nur bereichsweise Metallisieren, ein deutlich geringerer Materialeinsatz des Beschichtungsmaterials benötigt.
• Das Trägermaterial 4 bei der Folienleitung 2 ist insbesondere nach Art einer Kunststofffolie ausgebildet, so dass die Folienleitung 2 insgesamt eine sehr hohe Biegeflexibilität aufweist. Die Leiterbahnen werden beispielsweise auf das Trägermaterial 4 in einem Laminierprozess aufgebracht.
• Anstelle der Ausbildung einer Folienleitung 2 kann das Trägermaterial 4 auch unmittelbar durch ein Bauteil, beispielsweise ein Armaturenbrett oder eine Türverkleidung, eines Kraftfahrzeugs, gebildet sein, auf das die einzelnen Leiterbahnen 6 unmittelbar aufgebracht werden. Dabei wird vorzugsweise derart vorgegangen, dass zunächst die einzelnen Leiterbahnen 6 unmittelbar auf das Trägermaterial 4 des Bauteils durch ein thermisches Spritzverfahren, insbesondere das Flammspritzen, aufgebracht werden und dann anschließend die Kontaktbereiche 8 mit der Korrosionsschicht veredelt werden. Bei diesem Herstellungsverfahren eines Leiterbahnmusters ist daher die separate Anfertigung einer Folienleitung nicht erforderlich. Vielmehr wird die Leiterbahn unmittelbar mit dem Bauteil integriert. Zudem brauchen für die Erzeugung der Leiterbahnstruktur keine unterschiedlichen Technologien eingesetzt werden, so dass die gesamte Erzeugung der Leiterbahnstruktur ohne den Einsatz von unterschiedlichen Technologien ermöglicht ist.
• Das in den Fig. 2 bis 4 dargestellte Trägermaterial 4 kann ebenfalls ein Trägermaterial eines Bauteils sein, auf das die Leiterbahn 6 jeweils unmittelbar durch thermisches Spritzen aufgebracht ist.
• Nach Fig. 2, linke Bildhälfte, ist vorgesehen, dass auf zwei unmittelbar aneinander angrenzenden Oberflächenbereichen der Leiterbahn 6 zwei unterschiedliche Beschichtungen 10C, 10D mit unterschiedlichen Beschichtungsmaterialien aufgebracht sind. Die beiden Beschichtungen 10C, 10D müssen nicht zwangsläufig unmittelbar aneinander angrenzen. Durch die Auswahl unterschiedlicher Beschichtungsmaterialien, beispielsweise unterschiedlicher Metalle, kann somit der Kontaktwiderstand eingestellt werden.
• Auf der rechten Bildhälfte der Fig. 2 sind in Schichtbauweise zwei Beschichtungen 10E, 10F mit unterschiedlichen Beschichtungsmaterialien übereinander angeordnet. Die Zwischenschicht 10E kann dabei beispielsweise als Haftvermittler zwischen der Leiterbahn 6 und der oberen Beschichtung 10F wirken.
• Nach Fig. 3 ist ebenfalls eine Schichtbauweise vorgesehen, wobei auf die Leiterbahn 6 zunächst eine Isolierschicht 10G aufgebracht wird, die dann anschließend mit einer leitfähigen Schicht 10H überzogen wird, die sich auch über ein Teilstück der Leiterbahn 6 erstreckt und diese dort elektrisch kontaktiert. Die Isolierschicht 10G haftet dabei vorzugsweise auf der Leiterbahn 6 nur sehr wenig oder nicht, so dass die Isolierschicht 10G zusammen mit der leitfähigen Schicht 10H von der Leiterbahn 6 ein Stück weit in Pfeilrichtung 12 hochgeklappt werden kann. Dadurch ist eine Art Kabelschwanz gebildet, der endseitig frei beweglich ist und über die leitfähige Schicht 10H mit der Leiterbahn 6 in Verbindung steht. Ein derartiger Kabelschwanz kann die Funktion eines Steckers übernehmen, der in eine entsprechende Steckerbuchse zur Kontaktierung der Leiterbahn 6 eingesteckt wird. Über diese Steckerbuchse kann der Anschluss der Folienleitung 2 an ein herkömmliches Rundkabel erfolgen.
• Fig. 4 zeigt eine spezielle Ausführungsvariante der Erzeugung eines Bauelements durch die geeignete Anbringung von Beschichtungen. Hierbei ist vorgesehen, dass zwei voneinander über eine Isolierung 14 getrennte Leiterbahnen 6 über zwei Beschichtungen 10J, 10K mit unterschiedlichen Beschichtungsmaterialien miteinander leitend verbunden sind. Bei geeigneter Wahl der Beschichtungsmaterialien stellt sich ein temperaturabhängiger Kontaktwiderstand ein, so dass durch diese Ausgestaltung gemäß Fig. 4 insgesamt ein Thermoelement erzeugt ist. Bezugszeichenliste 2 Folienleitung
  4 Trägermaterial
  6 Leiterbahn
  8 Kontaktbereich
  10A Korrosionsschicht
  10B leitfähige Schicht
  10C, D, E, F Beschichtung
  10G Isolierschicht
  10H leitfähige Schicht
  10J, 10G K Beschichtung
  11 Brücke
  12 Pfeilrichtung
  14 Isolierung
  

Claims (8)

1. Verfahren zum Behandeln eines elektrischen Leiters, insbesondere einer Leiterbahn (6) einer Folienleitung (2), wobei auf einen lokal begrenzten Oberflächenbereich der Leiteroberfläche eine Beschichtung (10A-10K) mit einem thermischen Spritzverfahren, insbesondere mit dem Flammspritzen aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Kontaktbereich (8) mit einer korrosionsfesten metallischen Beschichtung (10A) überzogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem bei einer Flachleitung (2) mit mehreren nebeneinander angeordneten Leiterbahnen (6) eine sich über die jeweiligen Oberflächenbereiche der Leiterbahnen (6) erstreckende und eine leitende Brücke (11) bildende Beschichtung (10B) aufgetragen wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem auf verschiedenen Oberflächenbereichen unterschiedliche Beschichtungsmaterialien (10C, 10D) aufgetragen werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zwei Leiter zur Ausbildung eines Thermoelements über zwei Beschichtungen (10J, 10K) mit unterschiedlichen Beschichtungsmaterialien miteinander kontaktiert werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem auf den Oberflächenbereich in Schichttechnik übereinander mehrere Beschichtungen (10E, 10F) mit unterschiedlichen Beschichtungsmaterialien aufgebracht werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem auf den Oberflächenbereich in Schichttechnik zunächst eine Isolierschicht (10G) und anschließend eine leitfähige Schicht (10H) aufgebracht wird.

8. Verfahren zum Erzeugen einer Leiterbahnstruktur, bei dem in einem ersten Schritt eine Leiterbahn (6) durch ein thermisches Spritzverfahren auf ein Trägermaterial (4) aufgebracht wird und in einem zweiten Schritt auf einen lokal begrenzten Oberflächenbereich der Leiterbahn (6) eine Beschichtung (10A-10K) mit dem thermischen Spritzverfahren, insbesondere mit dem Flammspritzen aufgebracht wird.