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Dokumentenidentifikation DE102004052748A1 04.05.2006
Titel Kontaktdruckverfahren zum Aufbringen zweidimensionaler Muster aus Vollmetall
Anmelder Bock, Wolfgang, Dr., 81677 München, DE
Erfinder Bock, Wolfgang, Dr., 81677 München, DE
DE-Anmeldedatum 30.10.2004
DE-Aktenzeichen 102004052748
Offenlegungstag 04.05.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.05.2006
IPC-Hauptklasse B41M 1/10(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B23K 1/20(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   H05K 3/12(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbringung eines zweidimensionalen, leitfähigen und auf einer Druckfläche aufliegenden Musters, aus Weichlot gebildet, wobei dieses Verfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet ist:
- ein Druckmuster (5) wird mit einem Flussmittel benetzt
- das geschmolzene Weichlot wird auf dieses Druckmuster aufgebracht
- das Weichlot wird vom Druckmuster auf ein Substrat (1) übertragen.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Kontaktdruckverfahren zum Aufbringen von zweidimensionalen leitenden Mustern auf Folien oder andere Flächen, wobei die leitenden Muster eine durchgängige Schicht aus Vollmetall beinhalten (also nicht etwa aus gesintertem Metallpulver bestehen), und diese Muster sehr genau und mit definierter Schichtdicke aufgetragen werden.

Derartige Verfahren sind kommerziell interessant, wenn sie es z.B. ermöglichen, elektronische Leiterplatten billiger, schneller und umweltschonender herzustellen als konventionelle Verfahren.

Bekannt sind Metalle und metallische Legierungen welche einen niedrigen Schmelzpunkt aufweisen, bevorzugt unterhalb 250 Grad Celsius; derartige Stoffe werden in dieser Schrift als „Weichlote" bezeichnet.

Bekannt sind Verfahren zum Aufdampfen von Metallen auf Folien, bevorzugt in Form eines homogenen Metallfilms; ferner ablative Verfahren, welche aus derartigen Filmen zweidimensionale Muster herausarbeiten. Bekannt sind Verfahren zum Aufdruck von Mustern, aus Metallpulverfilmen gebildet.

Bekannt sind additive Verfahren zum Auftrag derartiger Muster, wobei die Folie zunächst mit einem leitendes Vormaterial (z.B. Baymetec) aufgetragen wird, und dann chemisch aufgekupfert wird; ferner Varianten derartiger Verfahren, welche eine elektrochemische Aufkupferung von Mustern aus geeigneten Vormaterialien beinhalten.

Bekannt sind Papiere und Polymerfolien, die Temperaturen bis zu ca. 250 Grad standhalten.

Bekannt sind Rollendruckmaschinen, bei denen ein Druckzylinder die Drucktinte oder -farbe trägt und einem zylindrisch geführten Substrat aufdruckt. Bekannt sind Bogendruckmaschinen, bei denen der zu bedruckende Bogen plan liegt, und unter einer zylindrischen Druckplatte durchläuft, welche ihn bedruckt.

Bekannt sind Labordruckmaschinen, bei denen die Druckplatte plan liegt, und jeweils eine auf einem Zylinder fix aufgebrachte Folie bedruckt.

Bekannt sind heizbare Druckplatten, z.B. für das Aufdrucken von Klebemitteln.

2. Beschreibung der Erfindung 2.1 Definitionen

„Aufdrucken" subsumiert alle Kontaktdruckverfahren; bevorzugt solche, die eine Druckplatte oder -form einsetzen, z.B. Tiefdruck; aber auch Buchdruck, sowie erfindungsgemässe Varianten des Flexodrucks. Ausgeschlossen sind z.B. Tintenstrahldruck oder Siebdruck.

„Folien" (auch „Substrate" genannt") subsumiert polymere Folien ebenso wie Papier, Glas- oder Metallfolien. „Farben" bezeichnet in dieser Schrift auch niedrigschmelzende Metalle und Legierungen („Weichlote") zum direkten Aufdruck von leitenden Mustern auf eine Folie.

2.2 Gegenstand der Erfindung

Gesucht ist ein Verfahren zum Aufdrucken von zweidimensional strukturierten Metallfilmen auf geeignete Folien. Rein prinzipiell ist es denkbar, ein Weichlot aufzuschmelzen, auf eine Druckform zu geben, und mit dieser das Weichlot als zweidimensionalen Vollmetallfilm auf eine Folie aufzubringen.

Die nachstehend beschriebene Erfindung erreicht dieses Ziel durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und einer Vorrichtung nach Anspruch 7. Weitere Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen niedergelegt.

2.2 Beschreibung einer bevorzugten Variante der Erfindung.

1 zeigt eine bevorzugte Variante, wobei ein Industrie-Labordrucker1 Fa. Schläfli Maschinen, CH-4800 Zofingen. mit einer erfindungsgemäss modifizierten Druckplatte (3) genutzt wird. Dabei wird die zu bedruckende Folie (1) auf einem Zylinder (10)

befestigt und mittels einer Klemme (9) arretiert. Die mit einem Gravurmuster (5) versehene Tiefdruckplatte (3) ist in dieser Variante plan, und wird unter (10) derart durchgeführt und angedrückt, dass (5) auf (1) als Farbmuster abgebildet wird. Dabei werden (3) und (1) in Relation zueinander derart geführt, dass der Teilzylinder (1) geometrisch auf (3) abgewickelt wird.

Das Gravurmuster (5) wird, wie nachstehend beschrieben, mit Weichlot versehen, und dieses Weichlot wird auf die Folie (1) aufgedruckt. Bevorzugt erzeugt der erfindungsgemässe Druck dabei einen Film aus Vollmetall – im Gegensatz zu einem gesinterten Metallpulverfilm nach Stand der Technik.

Hierzu wird bevorzugt (3) beheizt, z.B. indem Silikonöl bei Temperaturen über dem Schmelzpunkt des Weichlotes durch (3) gepumpt wird; die zugehörige Vorrichtung ist in 1 schematisch mit einer Zu- und Abführung (6) nebst Schläuchen (9) für solches erhitztes Öl dargestellt.

Die erfindungsgemäss modifizierte Druckplatte (3) ist bevorzugt mit einer Oberfläche versehen, welche durch ein geeignetes Flussmittel so vorbehandelt werden kann, dass das geschmolzene Weichlot sie benetzt; wobei aber diese Oberfläche ohne eine derartige Vorbehandlung von diesem Weichlot nicht benetzt wird.

Dabei wird bevorzugt die Platte mit Flussmittel besprüht, und dieses wird mit einem Rakelmesser (2a) abgerakelt; in einem weiteren Schritt wird das Weichlot aufgetragen und mit einem zweiten Rakelmesser (2b) abgerakelt; wobei diese Rakelmesser durch eine nicht gezeigte Halterung mit der Führung (4) der Druckplatte starr verbunden sind.

Eine weitere bevorzugte Variante ist dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Bedrucken von (1) eine Beschichtung aus Weichlot im Muster (5) verbleibt, nach Art einer Vorverzinnung, sodass (5) nach dem ersten Druckdurchgang sofort wieder mit Weichlot versehen werden kann, ohne vorher weiteres Flussmittel in (5) einbringen zu müssen. In diesem Fall ist es denkbar, (5) in einer separaten Vorrichtung mir Flussmittel und dem ersten Weichlot zu versehen.

Die vorstehend beschriebene Variante eignet sich besonders zum Testen derartiger Verfahren, z.B. zur Ermittlung des für bestimmte Folien am besten geeigneten Weichlotes, Druckgeschwindigkeit, Flussmitels, Anpressdruckes etc. Die schematisch in 1 gezeigte Anordnung von Folie und Druckplatte weist als wesentlichen Vorteil ein planes Druckmuster auf, d.h. dass das Weichlot unabhängig von dessen Viskosität aus (5) nicht auslaufen kann.

2.3 Weitere Ausgestaltungen der Erfindung

2 zeigt als weitere bevorzugte Variante schematisch eine Rollendruckmaschine für den Tiefdruck, bei der eine beheizbare zylindrische Druckplatte (3) zunächst mit Flussmittel und dann mit Weichlot versehen wird; wobei die Heizvorrichtung in 2 nicht gezeigt ist. Diese Variante ist für die erfindungsgemässe Massenproduktion von Metallmustern relevant.

Dabei wird bevorzugt zunächst ein Flussmittelfilm auf eine beheizte – hier zylindrische – Platte (3) gebracht und von einem ersten Rakelmesser (2a) abgerakelt, sodann wird das Weichlot aufgebracht und von einem weiteren Rakelmesser (2b) abgerakelt; wobei diese Rakelmesser ebenfalls durch eine nicht gezeigte Halterung mit einem Aufbau (11), in welchem die Achsen der Druckplatte gelagert ist, starr verbunden sind. Sodann erfolgt der Aufdruck auf die von einer Andruckwalze (7) gegen (3) gepresste Folie.

Auch hier kann nach dem ersten Einbringen des Flussmittels in (5) eine dauerhafte Benetzung von (5) durch das Weichlot erfolgen, sodass nach dem ersten Druckdurchgang ohne weiteres Flussmittel gearbeitet werden kann. Denkbar ist auch, dass das Flussmittel periodisch – z.B. nach einer Anzahl von Umdrehungen der Druckwalze – wieder auf (3) aufgetragen wird.

Denkbar ist, dass der nach der Abrakelung durch (2a) an der Oberfläche von (3) – ausserhalb des Musters (5) – verbleibende Flussmittelfilm durch Politur mit einer Walze, oder durch ähnliche Feinschliff- bezw. Putzverfahren abgetragen wird, oder dass er durch Antrocknen seine Fähigkeit zum Benetzung von (3) verliert, wobei das in den Gravurnäpfchen von (5) befindliche Flussmittel nicht abtrocknet.

Denkbar ist eine weitere Variante der erfindungsgemässen Druckmaschinen mit nur einem Rakelmesser (2a), wobei das Weichlot als Pulver in ein Flussmittel eingebettet ist, und die so gebildete Paste oder Flüssigkeit wie eine Druckfarbe benutzt wird.

Denkbar ist, dass in dieser Variante eine nicht beheizte Druckplatte eingesetzt wird, wobei die Druckfarbe in einer weiteren Vorrichtung (8) nach Art eines Heiztrockners auf (1) aufgeschmolzen wird.

Denkbar ist, dass das Weichlotmuster nach dem Aufdruck schnellstmöglich gekühlt wird, z.B. durch ein Gebläse, oder durch Kontakt mit einer bevorzugt durch das Weichlot nicht benetzbaren Kühlwalze.

Denkbar sind Druckplatten aus geprägtem Glas oder Keramik, z.B. zur Erzielung eines veränderten – Benetzungsverhaltens. Denkbar ist eine induktive Aufheizung der Druckplatte und/oder ihres Trägers.

Denkbar ist, dass die Folie (1) mit einer Zwischenschicht versehen ist, welche die Haftung des Weichlotes auf (1) verbessert; z.B. kann (1) aus Papier gebildet sein, und die Zwischenschicht kann aufgedruckte Silberpasten beinhalten. Bevorzugt ist diese Zwischenschicht ebenfalls bemustert, bevorzugt mit einem Muster, welches passergenau zu (5) aufgedruckt wurde.

Denkbar ist die Verwendung von rauhen oder künstlich aufgerauhten Folien.

Denkbar ist die Verwendung von anderen Verfahren als Tiefdruck, z.B. Buchdruck oder Stempel.

Denkbar ist der Einsatz von Metallen mit Schmelzpunkt höher als 250 Grad, z.B. zum Bedrucken von temperaturfesten Folien und Flächen nach Art von Asbestgeweben. Derartige Metalle werden in dieser Schrift ebenfalls als „Weichlote" bezeichnet.

Denkbar ist, dass der Druckprozess unter Schutzgas oder im Vakuum stattfindet, um eine Oxydierung des Weichlotes zu verhindern, und eine bessere Verbindung des Weichlotes mit der Folie zu gewährleisten, bevorzugt unter Einsatz von rauhen oder in einer Vorverarbeitung aufgerauhten Substraten zu erreichen.

3. Vorteile der Erfindung

Der Vorteil gegenüber ablativen Standardverfahren nach Stand der Technik liegt im geringeren Metallverbrauch und der damit (gegenüber dem Ätzen von Kupferfolien) sehr viel geringen Umweltverschmutzung. Der Metallverbrauch liegt bei einer Schichtdicke von 2 &mgr; in der Grössenordnung von 2 Kubikzentimeter pro qm leitende Musterfläche (ca. 15 g bei Auftrag von Zinn). Bei UHF-Tags ist die Musterfläche in der Grössenordung ein Quadratzentimer; einer derartigen Antenne entspricht demzufolge ein Materialverbrauch von 1,5 Milligramm.

Gegenüber andere additiven Verfahren nach Stand der Technik entfällt eine Nassstufe, der Drucker ist damit kompakter und einfacher.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Aufbringung eines zweidimensionalen, leitfähigen und auf einer Druckfläche aufliegenden Musters, aus Weichlot gebildet, wobei dieses Verfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet ist

    – ein Druckmuster (5) wird mit einem Flussmittel benetzt

    – das geschmolzene Weichlot wird auf dieses Druckmuster aufgebracht

    – das Weichlot wird vom Druckmuster auf ein Substrat (1) übertragen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Druckmuster (5) Teil einer Tiefdruckplatte (3) ist, und nur (5) mit dem geschmolzenen Weichlot versehen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Auftrag von Flussmittel und Weichlot in einem Arbeitsgang erfolgt, wobei bevorzugt Flussmittel und Weichlot separat abgerakelt werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Weichlot eine Suspension in dem Flussmittel bildet, und wobei Flussmittel und Weichlot gemeinsam in das Druckmuster (5) eingebracht werden.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das unter Schutzgas oder Vakuum stattfindet.
  6. Vorrichtung zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Druckmuster (5) mit einem Flussmittel versehen wird.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei diese Vorrichtung Teil einer Tiefdruckmaschine ist, und wobei sie eine zusätzliche Vorrichtung zum Entfernen des überschüssigen Flussmittels beinhaltet.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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