DE4437035A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung dünner, metallischer Strukturen auf Isolierstoffträgern - Google Patents

Description

Die Anmeldung betrifft ein Verfahren zu Herstellung dünner, metallischer Strukturen aus elektrisch leitendem Material auf einem aus Isolierstoff be­ stehenden Träger. Unter elektrischer Leitfähigkeit wird hier insbesondere das Reflexionsvermögen für elektromagnetische Wellen im Mikrowellenbe­ reich verstanden.

Bei den hierfür bekannten Verfahren wird entweder von einem mit Metallfolie kaschiertem Isolierstoff ausgegangen und die nicht für die Stromleitung oder Abschirmung bestimmten Teile werden mechanisch oder - nach Abdecken der gewünschten Strukturbereiche - chemisch, elektrolytisch oder durch Funken­ erosion entfernt.

Oder es wird das leitende Material bereits in der Form der gewünschten Struktur auf den aus Isolierstoff bestehenden Träger aufgebracht. Dies kann durch ein Niederschlagverfahren (Aufdampfen oder Aufsprühen) geschehen, nachdem zuvor die von Leitermaterial freizuhaltenden Bereiche durch Lack abgedeckt wurden, der hernach mit dem darauf abgeschiedenen Leitermate­ rial abgezogen wird.

Es ist andererseits auch bekannt, die vorgefertigte, leitende Struktur auf den Träger aufzukleben. Bei einem danach arbeitenden bekanntgewordenen Ver­ fahren (DE 33 25 769 A1) wird in einer Art "Abziehbildtechnik" die Leitungs­ struktur übertragen, die in Form einer leitenden Paste auf eine Abziehfolie gedruckt und darauf die bedruckte Folienseite mit einem Lackfilm versehen wird. Dieser wird sodann in einem Flüssigkeitsbad von der Abziehfolie ge­ trennt und auf den Isolierstoffträger aufgebracht und geglättet. Der Lackfilm wird mit dem Träger getrocknet und die Leitungsstruktur anschließend in das Substrat eingebrannt.

Alle diese Verfahren sind aufwendig und problematisch in der Durchführung. So ist das mechanische und chemische oder elektrolytische Abtragen der un­ erwünschten Leiterbereiche sehr zeitintensiv und darüberhinaus die chemi­ sche/elektrolytische Behandlung der Materialien extrem umweltbelastend.

Das Aufbringen des leitenden Materials auf den Träger in Form der gewünsch­ ten Struktur andererseits erfordert einen Zwischenträger, der mehreren, auf­ wendigen Verfahrensschritten unterworfen werden muß, um die Struktur un­ beschadet und dauerhaft auf den Isolierstoffträger übertragen zu können.

Schließlich ist es bekannt, die Strukturierung mit einem Thermotransfer­ drucker vorzunehmen. Dieses Verfahren besitzt außer den hohen Kosten für den Spezialdrucker den Nachteil, daß die Prägefolie sehr dünn sein muß, um eine hohe Randschärfe zu erzielen. Hierbei ist die Prägefolie stets Produk­ tionsabfall.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren vorzustellen, mit dem es in ein­ facher und relativ billiger Weise, rasch, mit wenigen Verfahrensschritten ge­ lingt, dünne metallische Strukturen auf Trägermaterial ohne Belastung der Umwelt zu erzeugen und eine Vorrichtung aufzuzeigen, mit der bei verhält­ nismäßig geringem gerätetechnischen Aufwand das Verfahren für Serienferti­ gung durchgeführt werden kann. Weiterhin wird mit diesem Verfahren eine extrem schnelle und flexible Prototypenentwicklung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach dem Anspruch 1 bzw. der Vorrichtung nach dem Anspruch 6 gelöst.

Es wurde überraschend gefunden, daß ein schmelzfixiertes Tonerbild bei Wie­ dererwärmung auch noch nach längerer Zeit in der Lage ist, bei ausreichen­ dem Andruck genügend Klebfähigkeit zu entwickeln, um eine dünne metalli­ sche Schicht einer Prägefolie dauerhaft an ein Trägermaterial zu binden, so daß damit die klebenden Bereiche konturscharf aus dem Schichtverband der Folie gelöst werden können.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat sich vor allem bewährt zur Erzeugung von planaren Schlitzantennen, sowie von polarisations- und frequenzselek­ tiven Strukturen, die auf handelsüblichen Overhead-Folien erzeugt wurden. Die Dicken der Metallschichten lagen bei den dabei verwendeten handelsübli­ chen Prägefolien im Bereich um 1 µm.

(Folie 6055 LG der Fa. Oeser, Göppingen; mit dem Schichtaufbau:
Poyesterfolie/Trennmittel/Pigment/Metallisierung/Heißklebstoff).

Es konnten aber auch entsprechend elektrografisch erzeugte Muster- bzw. Dekorflächen dauerhaft mit einer Metallschicht versehen werden. In diesen Fällen war das Trägermaterial Papier.

Als Träger kommen jedoch alle Materialien in Frage, auf denen elektrografisch ein schmelzfixiertes Pulvertonerbild erzeugt werden kann, also auch dafür geeignete, isolierende Kunststoffolien wie Overhead-Folien und dgl.

Unter "Positivbild" wird verstanden, daß das Bild durch die Toneransammlung, unter "Negativbild", daß das Bild durch die tonerfreien Flächen zwischen den getonerten Umgebungsflächen, gebildet wird.

Das Wiedererweichen des schmelzfixierten Tonerbildes wurde durch Erwärm­ ung auf ca. 120°C erreicht. Unter "mäßigem" Preßdruck wird ein Andruck von ca. 40 kPa verstanden. Doch es kann dem Fachmann überlassen werden, die Prozeßparameter, entsprechend dem jeweiligen Anwendungsbereich des Verfahrens, durch einfache Versuche zu optimieren.

Für Dekorzwecke vorteilhaft ist die Ausgestaltung des Verfahrens nach An­ spruch 2, wenn nur Teile des Tonerbildes metallisiert werden sollen. Zur Vor­ strukturierung der Prägefolie kann insbesondere wieder das in Anspruch 1 beschriebene Verfahren herangezogen werden.

Die in Anspruch 3 genannte Modifikation erlaubt bei geeigneter Wahl des Haftvermittlers die Optimierung von Prozeßparametern wie Durchlaufge­ schwindigkeit, Temperatur und Anpreßdruck, sowie des Ergebnisses hinsicht­ lich Konturschärfe und Haftung.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im An­ spruch 4 angegeben. Diese Weiterbildung ermöglicht, die folienbedingte Dicke der erzeugten metallischen Struktur nachträglich an andere Verwendungsan­ forderungen anzupassen. Auch können evtl. bei der Herstellung auftretende Haarrisse in der leitenden metallischen Struktur durch diese Maßnahmen überbrückt werden und damit der Anwendungsbereich des durch das Verfah­ ren erzeugten Produkts erweitert werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, gemäß Anspruch 5, ermöglicht einen Schutz der Struktur gegen schädigende chemische und mechanische Einwirkungen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann grundsätzlich "von Hand", d. h. nur unter Zuhilfenahme von Gerätschaften - wie z. B. ein elektrografisches Ko­ piergerät oder Laserdrucker und Bügeleisen - manuell ausgeführt werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen einer Vorrichtung zur Durchführung des Ver­ fahrens sind in den Ansprüchen 6 und 7 angegeben, wobei die Ausgestaltung nach Anspruch 6 eine Einrichtung zur Serienfertigung von Struktureinheiten auf einer Endlosbahn und Anspruch 7 eine Weiterbildung dieser Einrichtung zur Erzeugung geschnittener Struktureinheiten betrifft.

Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen gemäß der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Einrichtung zur Serienproduktion von metallischen Struktu­ ren auf einem aus Isolierstoff bestehenden Träger,

Fig. 2 Schneideinrichtungen als Modifikation der Einrichtung nach Fig. 1.

Wie Fig. 1 zeigt, ist der bahnförmige Träger a - z. B. elektrografisch be­ druckbare, elektrisch isolierende Folie oder Papier - auf einer Wickelrolle 1 auf Vorrat gehalten. Von dieser wird er durch ein Abzugsrollenpaar 2 in­ termittierend als Bahn abgezogen und einem elektrografischen, mit Pulver­ toner arbeitenden Laserdrucker oder Kopiergerät 3 zugeführt, das von ei­ ner nicht näher gezeigten Strukturvorlage auf dem Träger a ein schmelzfi­ xiertes Pulvertoner-Abbild erzeugt. Ein wie das Abzugsrollenpaar 2 im Ar­ beitstakt des Kopiergerätes intermittierend drehendes Transportrollenpaar 4 transportiert den Träger a aus dem Kopiergerät heraus. Zwischen einem wei­ teren, jedoch kontinuierlich angetriebenen Transportrollenpaar 6 und dem Transportrollenpaar 4 wird eine Speicherschleife 5 gebildet zwecks Bewe­ gungsausgleichs des ab jetzt kontinuierlich transportierten Trägers a. Von einem Vorratswickel 7 wird die Bahn einer metallbeschichteten Prägefolie b über eine die Trägerbahn tangierende Umlenkrolle 8 zusammen mit dem Träger a einem Andrückwalzenpaar zugeführt, dessen Walzen (9, 10) ver­ tikal übereinander angeordnet sind, wobei zumindest die untere Walze 10 regelbar beheizt ist, und dessen obere Walze 9 mit einstellbarer Kraft auf die untere drückt. Im weiteren Verlauf des Bahnfördertrakts ist oberhalb der Bahnen a, b eine Umlenkwalze 11 angeordnet, um die Prägefolienbahn b zwecks Trennung von dem Träger a einer Prägefolien-Aufwickeleinrichtung 12 zuzuführen, während der Träger a von einer entsprechenden Aufwicke­ leinrichtung 13 aufgewickelt wird.

Die in Fig. 2 gezeigte Modifikation der Einrichtung gemäß Fig. 1 ersetzt in dieser die Aufwickeleinrichtungen 12, 13. Demgemäß sind hier jeweils an der Träger- und Folienbahn Schneideinrichtungen 14, 15 angeordnet, durch die die Bahnen a, b - entsprechend den jeweils darauf erzeugten Strukturen - zu sog. Struktureinheiten geschnitten werden, so daß sie in jeweils zugeordneten Stapeleinrichtungen 16, 17, abgelegt werden können. Die so gebildeten Struk­ tureinheiten lassen sich dann leichter ggf. in weiteren Behandlungsstationen, wie sie Ansprüche 2, 4 und 5 anregen, verarbeiten.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung dünner, metallischer Strukturen aus elek­ trisch leitendem Material auf einem aus Isolierstoff bestehenden Träger, gekennzeichnet durch die Schritte:

• - auf dem für elektrofotografisches Kopieren geeigneten Träger wird elektrofotografisch mit üblichem Pulvertoner ein schmelzfixiertes Positiv- bzw. Negativbild der gewünschten Struktur erzeugt,
• - das Strukturbild wird durch eine handelsübliche, metallbeschich­ tete Prägefolie ohne klebende Deckschicht in Kontakt mit der Me­ tallschicht abgedeckt,
• - auf die so gebildete Schichtung wird im Kontakt mit einer Heiz­ fläche unter Erwärmung bis zum Wiedererweichen des schmelz­ fixierten Tonerbildes gleichzeitig mit mäßigem Preßdruck einge­ wirkt,
• - nach hinreichender Abkühlung wird Träger und Prägefolie vonein­ ander getrennt, wobei auf den Strukturflächen des Trägers bzw. der Prägefolie das strukturierte, elektrisch leitfähige Material haf­ tet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Prägefolie eine bereits vorstrukturierte Folie zum Einsatz kommt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Anwendung einer Prägefolie, die mit einer haftvermittelnden Schicht versehen ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem wei­ teren Schritt die metallischen Strukturen von Träger und/oder Präge­ folie durch galvanische Abscheidung von Metall verstärkt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einem weiteren Schritt auf Träger und/oder Prägefolie (eine) nicht­ metallische Schutzschicht(en) aufgebracht werden.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, ge­ kennzeichnet durch

• - eine Wickelrolle (1), auf der ein Vorrat von bahnförmigem Träger (a) gespeichert ist,
• - ein intermittierend antreibbares Abzugsrollenpaar (2) zum Ab­ zug des Trägers vom Wickel und dessen Zufuhr zu
• - einer elektrografischen Druck- oder Kopiereinrichtung (3), die von einer Vorlage auf dem Träger (a) ein schmelzfixiertes Pul­ vertoner-Abbild der gewünschten Struktur erzeugt,
• - ein Transportrollenpaar (4), das intermittierend im Arbeitstakt des Kopiergerätes den Träger (a) einer Speicherschleife (5) zu­ führt,
• - ein kontinuierlich sich drehendes Transportwalzenpaar (6), das den Träger von der Speicherschleife (5) abzieht,
• - ein Vorratswickel (7) einer metallbeschichteten Prägefolie (b), die über eine Umlenkwalze (8) zur metallschichtseitigen Auflage (13) für den Träger (a),
• - einem Andrückwalzenpaar mit vertikal übereinanderliegenden Wal­ zen (9, 10) zugeführt wird, dessen zumindest untere Walze (10) regelbar beheizt ist und dessen obere Walze (9) mit einstellbarer Kraft auf die untere drückt,
• - eine Aufwickeleinrichtung (13) für den Träger (a).

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß statt der Aufwickeleinrichtungen (12, 13) für Prägefolienbahn (b) und Träger (a) jeweils Schneideinrichtungen (14, 15) mit zugeordne­ ten Stapeleinrichtungen (16, 17) für die geschnittenen Struktureinhei­ ten von Prägefolien (b) und Träger (a) vorgesehen sind.