DE102013019272A1 - Method for producing a conductive layer region with predeterminable geometries and contact point and component - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Bilden eines leitfähigen Schichtbereichs (15) auf einer Substratoberfläche (10) 2D oder 3D. Über eine Steuereinrichtung (20) werden nach einem vorgegebenen Leiterbahnlayout (32) mittels einer Aufbringeinrichtung (21) leitfähige Partikel aufgebracht. Ein Laser wird nach dem in der Steuereinrichtung (20) hinterlegten Leiterbahnlayout (32) so geführt, dass die leitfähigen Partikel zu einem homogenen, leitfähigen Schichtbereich (15) gesintert/verbunden werden.Method for forming a conductive layer region (15) on a substrate surface (10) 2D or 3D. Via a control device (20), conductive particles are applied according to a predetermined conductor track layout (32) by means of an application device (21). A laser is guided according to the conductor track layout (32) stored in the control device (20) in such a way that the conductive particles are sintered / connected to form a homogeneous, conductive layer area (15).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung von leitfähigen Schichtbereichen mit vorbestimmbaren Geometrien und deren simultanen Kontaktierfähigkeit mit weiteren leitfähigen Schichtbereichen auf Flächen oder Bauteilen.The invention relates to a method for forming conductive layer regions with predeterminable geometries and their simultaneous contactability with further conductive layer regions on surfaces or components.

Bekannt ist, dass leitfähige Strukturen (Leiterbahnen) mittels Druckverfahren auf eine Oberfläche gebildet werden können. So werden beispielsweise über den Tiefdruck, Offsetdruck, Hochdruck, Siebdruck oder indirekte Druckverfahren, leitfähige Pasten auf Folien oder Bauteile aufgebracht. Die Pasten bestehen aus einer hohen Beimengung von 30%–90% leitfähiger Partikel wie Kupfer, Alu, Silber Graphit, Kupferoxid, Eisenoxid und weitere. Die leitfähigen Partikelgrößen liegen hier bevorzugt im Micrometerbereich. Desweiteren ist bekannt, dass mittels eines Inkjet-Verfahrens leitfähige Flüssigkeiten abspritzbar sind und damit eine Leiterbahn herstellbar ist. Hierbei werden Flüssigkeiten verwendet deren Leitfähigkeit durch die Beimengung von Silber-Nanopartikel (10%–30%) erreicht wird. Ferner ist bekannt, dass beispielsweise bei Silbertinten durch nachträgliche Wärmebehandlung (sintern) in einem Ofen oder entsprechender Wärmebestrahlung die Leitfähigkeit erhöht werden kann.It is known that conductive structures (printed conductors) can be formed by means of printing processes on a surface. For example, via gravure, offset, high-pressure, screen printing or indirect printing processes, conductive pastes are applied to films or components. The pastes consist of a high admixture of 30% -90% of conductive particles such as copper, aluminum, silver graphite, copper oxide, iron oxide and others. The conductive particle sizes are preferably in the micrometer range here. Furthermore, it is known that by means of an inkjet process conductive liquids can be sprayed off and thus a conductor track can be produced. This liquid is used whose conductivity is achieved by the addition of silver nanoparticles (10% -30%). Furthermore, it is known that, for example, in silver inks by subsequent heat treatment (sintering) in an oven or corresponding heat radiation, the conductivity can be increased.

Die Problemstellung
ergibt sich, dass durch herkömmliche Druckverfahren hergestellte leitfähige Schichten/Leiterbahnen nur eine eingeschränkte Leitfähigkeit erzielt wird. So lassen sich hiermit nur einfache Informationssysteme herstellen, die für die Herstellung von elektrischen oder elektronischen Funktionen oder Bauteile ungeeignet sind. Bedingt wird diese eingeschränkte Leitfähigkeit dadurch, dass die so gebildeten Schichten nicht aus einer homogenen leitfähigen Schicht bestehen sondern aus durch ein Bindemittel aneinander haftende Partikel gebildet werden. Bei der Herstellung von leitfähigen Schichten (Leiterbahnen) mittels eines Ink-Jet Druckverfahrens unter Verwendung von Silber-Nanopartikel Tinten entsteht das Problem, dass die Herstellkosten für solche Tinten so hoch sind, dass kein Kostenvorteil in der Serienproduktion zu bisherigen Herstellverfahren zu erzielen ist. Darüber hinaus ist die Leitfähigkeit auch bei diesen Verfahren als eingeschränkt zu bewerten.The problem
As a result, conductive layers / tracks produced by conventional printing processes are limited in their conductivity. Thus, only simple information systems that are unsuitable for the production of electrical or electronic functions or components can be produced hereby. This limited conductivity is due to the fact that the layers thus formed do not consist of a homogeneous conductive layer but are formed by particles adhering to one another by a binder. In the manufacture of conductive layers (printed circuit traces) by means of an ink-jet printing process using silver nanoparticle inks, the problem arises that the production costs for such inks are so high that no cost advantage can be achieved in mass production compared with previous production processes. In addition, the conductivity is also considered to be limited in these methods.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Möglichkeit zu schaffen, im Herstellungsprozess über ein hinterlegtes Steuerprogramm, einen durch aufgebrachte Flüssigkeitströpfchen, Pasten oder Pulververbindungen hergestellten leitfähigen Schichtbereich/Leiterbahn mit vorbestimmbaren Querschnitt-Geometrien und hoher Leitfähigkeit auf einer Fläche 2D oder einem Körper 3D herzustellen.The object of the invention is to provide a possibility of producing a conductive layer region / conductor track with predeterminable cross-sectional geometries and high conductivity on a surface 2D or a body 3D in the production process via a stored control program, a liquid droplet, pastes or powder compounds ,

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass in der Elekro-/Elektronikindustrie z. B. Leiter oder Leiterbahnen mit hoher Leitfähigkeit und vorbestimmbaren elektrischen Leistungsmerkmalen unter Verwendung von kostengünstigen Materialien direkt auf Trägerschichten oder Bauteilen kostengünstig herzustellen sind. Mit den sich daraus ergebenden wesentlichen Vorteilen der Reduktion von Produktionsfläche, Verfahrensschritten und Materialmenge. Darüber hinaus sind spezifische Funktionsanforderungen auch in Losgröße lohne Lagerhaltung rentabel umsetzbar.The advantages achieved by the invention are in particular that in the Elec- / electronics industry z. B. conductors or interconnects with high conductivity and predeterminable electrical performance features using inexpensive materials directly on carrier layers or components are inexpensive to manufacture. With the resulting significant benefits of reducing production area, process steps and amount of material. In addition, specific functional requirements can be implemented profitably even in lot size without storage.

Ein weiterer sich ergebender Vorteil liegt darin, dass in einem solchen hergestellten leitfähigen Schichtbereich über das Steuerprogramm an vorgegebener Stelle sowohl eine Isolation oder Kontaktierung zu einem anliegenden Schichtbereich herstellbar ist. So ist auch mit der Erfindung die Möglichkeit gegeben den bisherigen Lötvorgang zur Kontaktbildung abzulösen. Der wesentliche Vorteil besteht erfindungsgemäß in der Ressourcenschonung. Es wird nur die Menge an leitfähigen Partikeln eingesetzt die für eine Funktion erforderlich ist. Aufwändige chemische Auslöseverfahren sind nicht mehr erforderlich.Another resulting advantage is that in such a conductive layer region produced via the control program at a predetermined location, both an insulation or contact to an adjacent layer region can be produced. Thus, with the invention given the opportunity to replace the previous soldering process for contact formation. The main advantage according to the invention is the conservation of resources. Only the amount of conductive particles required for a function is used. Elaborate chemical tripping procedures are no longer required.

Eine Lösung dieses Problems wird mit dem Verfahren gemäß dem Anspruch 1 gelöst.A solution to this problem is solved by the method according to claim 1.

Die Unteransprüche 2 bis 9 sind auf vorteilhafte Durchführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens gerichtet.The dependent claims 2 to 9 are directed to advantageous embodiments of the method according to the invention.

Der Anspruch 10 ist auf nach dem Verfahren hergestelltes Bauteil gerichtet.The claim 10 is directed to manufactured by the method component.

Die Erfindung, die für unterschiedlichste Anwendungen eingesetzt werden kann, wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.The invention, which can be used for a wide variety of applications, will be explained below with reference to schematic drawings, for example and with further details.

Die Figuren stellen dar:The figures represent:

1 eine schematische Gesamtansicht zur Herstellung eines vorbestimmbaren leitfähigen Schichtbereiches. 1 a schematic overall view for producing a predeterminable conductive layer region.

2a/b/c Varianten von Anlagenausführungen zum Aufbringen von leitfähigen Schichtbereichen auf Oberflächen von Substraten. 2a / b / c Variants of system versions for applying conductive layer areas on surfaces of substrates.

3a/b einen Querschnitt einer Substratoberfläche mit einem leitfähigen, nicht kontaktierenden Schichtbereich. 3a / b shows a cross-section of a substrate surface with a conductive, non-contacting layer region.

4a/b einen Querschnitt einer Substratoberfläche mit einer Kontaktstelle mit einem leitfähigen, kontaktierenden Schichtbereich. 4a / b shows a cross section of a substrate surface with a contact point with a conductive, contacting layer region.

5a/b einen Querschnitt einer Substratoberfläche mit einem funktionserweiternden Bauteil mit einer Kontaktstelle und einem leitfähigen, kontaktierenden Schichtbereich. 5a / b shows a cross-section of a substrate surface with a function-expanding component having a contact point and a conductive, contacting layer region.

6a/b einen Querschnitt einer Substratoberfläche mit zwei Kontaktstellen die über einen leitfähigen, kontaktierenden Schichtbereich verbunden sind. 6a / b a cross section of a substrate surface with two contact points which are connected via a conductive, contacting layer region.

7 einen Querschnitt einer Substratoberfläche mit zwei sich überlagernden, leitfähigen Schichtbereichen und einer dazwischen angeordneten Isolationsschicht. 7 a cross section of a substrate surface with two overlapping, conductive layer regions and an insulating layer arranged therebetween.

8 einen Querschnitt durch ein Substrat mit darauf unterschiedlich gebildeten Querschnitten von leitfähigen Schichtbereichen. 8th a cross-section through a substrate having different cross-sections of conductive layer regions formed thereon.

9 Bauteile mit unterschiedlicher Oberflächengeometrien zum Aufbringen von leitfähigen Schichtbereichen. 9 Components with different surface geometries for applying conductive layer areas.

Das Verfahren findet bevorzugt in Bereichen zur Herstellung von elektrischen oder elektronischen Funktionen oder Bauteilen Anwendung, wo leitfähige Substanzen (11) wie Pasten, Tinten oder Partikel auf eine Oberfläche aufgebracht werden (beispielsweise Digitaldruck) und nach ihrem Trocknungsprozess und einem nachfolgenden Lasersinterungsprozess einen Schichtbereich mit hoher Leitfähigkeit bilden. So können beispielsweise Schaltungen, Schaltkreise oder Leiterbahnen auf festen oder biegefähigen Flächen oder Bauteilen mit hoher Leitfähigkeit hergestellt werden.The method is preferably used in areas for the production of electrical or electronic functions or components, where conductive substances ( 11 ) such as pastes, inks or particles are applied to a surface (for example digital printing) and form a layer region with high conductivity after their drying process and a subsequent laser sintering process. Thus, for example, circuits, circuits or tracks can be made on solid or bendable surfaces or components with high conductivity.

1 stellt schematisch das Verfahren und die Vorrichtung dar. Die Figur weist eine Vorrichtung zum Aufbringen und Herstellen von leitfähigen Schichtbereichen (15) auf mit

  • – einer Aufbringeinrichtung (21), einer Trocknungseinrichtung (22), einer Lasereinrichtung (23), sowie einer Messeinrichtung (24),
  • – eine Bewegungseinrichtung (25) (beispielsweise Mehrachsroboter) zum Halten oder Führen einer Fläche oder eines Bauteils (34, 35, 36, 37), mit der eine Relativbewegung zwischen dem Bauteil und der Aufbringeinrichtung (21), der Trocknungseinrichtung (22) sowie einer Laser-Sinterungseinrichtung (23) herstellbar ist.
1 schematically illustrates the method and the device. The figure has a device for applying and producing conductive layer regions (FIG. 15 ) on with
  • An application device ( 21 ), a drying device ( 22 ), a laser device ( 23 ), as well as a measuring device ( 24 )
  • A movement device ( 25 ) (for example multi-axis robots) for holding or guiding a surface or a component ( 34 . 35 . 36 . 37 ), with which a relative movement between the component and the applicator ( 21 ), the drying device ( 22 ) and a laser sintering device ( 23 ) can be produced.

Mit der Aufbringeinrichtung (21) sind leitfähigen Substanzen (11) mit vorbestimmtem Volumen und Vorschub aufbringbar. Die Aufbringeinrichtung kann aus Kombination verschiedener Aufbringverfahren bestehen. So kann beispielsweise ein Siebdruckverfahren mit einem Ink-Jet Verfahren entsprechende Arbeitsfunktionen abdecken. Die Aufbringeinrichtung kann mit Flüssigkeitsvorratsbehältern verbunden sein aus denen unterschiedliche leitfähige Substanzen (11) für die Bildung leitfähiger Schichtbereiche (15), Haftvermittlungsschicht, Isolationsschicht (17), Deckschicht (18) zugeführt werden können.With the applicator ( 21 ) are conductive substances ( 11 ) can be applied with a predetermined volume and feed. The applicator may consist of a combination of different application methods. For example, a screen printing process with an ink-jet process can cover corresponding work functions. The applicator can be connected to liquid reservoirs from which different conductive substances ( 11 ) for the formation of conductive layer areas ( 15 ), Primer layer, insulation layer ( 17 ), Topcoat ( 18 ) can be supplied.

Zur Steuerung der Relativbewegung (beispielsweise Mehrachsroboter) zwischen der Aufbringeinrichtung (21) zum Aufbringen von leitfähigen Substanzen (11), der Trocknungseinrichtung (22) sowie einer Lasereinrichtung (23) und der Substratoberfläche (10) ist eine elektronische Steuerung (20) vorgesehen, die in unterschiedlichster Weise programmiert sein kann. Beispielsweise können in der elektronischen Steuereinrichtung (20)

  • – Leiterbahnenlayout (32) der aufzubringenden Flüssigkeiten
  • – differenzierte, positionsbezogene Mengensteuerung (16) der aufzubringenden leitfähigen Substanzen (11)
  • – Führung der Lasereinrichtung (23) mit positionsbezogenen, variabel zu steuernden Leistungsmerkmalen
  • – Erstellung einer leitenden Verbindung zu einer Kontaktstelle (43)
  • – Erzeugung vorbestimmbarer Schichtdicken und Leitfähigkeit auf Oberflächen
  • – Leistungsmerkmale für Leitfähigkeit von Querschnittgeometrien
  • – Querschnittgeometrie(n) (33) der aufzubringenden Flüssigkeit(en) in Abhängigkeit der Leistungsmerkmale (elektrische Leitfähigkeiten)
  • – Volumenreduktion (12) von Schichtbereichen (13) bei Trocknung (22)
  • – Volumenreduktion (12) und Leitfähigkeit von Schichtbereichen (15) durch Laser-Sinterung (23)
  • – die Kontur der Substratoberfläche (34, 35, 36, 37), deren Erstreckung in x-, y-, z-Richtung
  • – Relativbewegung zwischen der Aufbringeinrichtung (21), Trocknungseinheit (22), Laser-Sinterungseinheit (23), und der Körperoberfläche usw. abgelegt sein.
For controlling the relative movement (for example multi-axis robot) between the application device ( 21 ) for applying conductive substances ( 11 ), the drying device ( 22 ) and a laser device ( 23 ) and the substrate surface ( 10 ) is an electronic control ( 20 ), which can be programmed in various ways. For example, in the electronic control device ( 20 )
  • - PCB layout ( 32 ) of the applied liquids
  • - differentiated, item-related quantity control ( 16 ) of the conductive substances to be applied ( 11 )
  • - Guidance of the laser device ( 23 ) with position-related, variably controlled features
  • - Establishment of a leading link to a contact point ( 43 )
  • - Generation of predeterminable layer thicknesses and conductivity on surfaces
  • - Performance characteristics for conductivity of cross-section geometries
  • - cross-sectional geometry (s) ( 33 ) of the liquid (s) to be applied as a function of the performance characteristics (electrical conductivities)
  • - Volume reduction ( 12 ) of layer areas ( 13 ) when drying ( 22 )
  • - Volume reduction ( 12 ) and conductivity of layer regions ( 15 ) by laser sintering ( 23 )
  • The contour of the substrate surface ( 34 . 35 . 36 . 37 ), whose extension in the x, y, z direction
  • Relative movement between the applicator ( 21 ), Drying unit ( 22 ), Laser sintering unit ( 23 ), and the body surface, etc. are stored.

1/a „Abschnitt I” zeigt eine digital gesteuerte Aufbringeinrichtung (21) bei der einzelne Flüssigkeitströpfchen (11) über ein Steuerprogramm (20) ausgelöst werden und gezielt auf einem Substrat (10) einen geometrischen Schichtbereich (13) bilden. Eine solche Aufbringeinrichtung kann eine bekannte Ink-Jet Druckeinheit sein bei der die Tröpfchen aus Druckbalken digital ausgelöst und gezielt abgespritzt werden. Eine weitere Ausführungsform einer solchen Aufbringeinrichtung (21) ist mittels eines Lasertransferdrucks, der aus einer Flüssigkeitsschicht ein Tröpfchen auslöst und gezielt auf ein Substrat aufgespritzt. Weitere Ausführungsformen einer solchen Aufbringeinrichtung (21) können mittels Tiefdruck, Offsetdruck, Hochdruck oder einer Siebdruck-Einrichtung erfolgen. Die leitfähigen Substanzen (11), die mittels der Aufbringeinrichtung (21) abgegeben werden, sind beispielsweise Flüssigkeiten, Farben und Pasten die auf Wasser basieren (Dispersion), lösemittelhaltig sind, natürliche Harze oder Kunstharze sind, die über UV (Licht) oder Wärme aushärten usw. 1 / a "Section I" shows a digitally controlled applicator ( 21 ) at the individual liquid droplets ( 11 ) via a control program ( 20 ) and targeted on a substrate ( 10 ) a geometric layer area ( 13 ) form. Such an applicator may be a known ink-jet printing unit in which the droplets are triggered digitally from pressure bar and sprayed targeted. A further embodiment of such an application device ( 21 ) is by means of a laser transfer printing, which triggers a droplet of a liquid layer and sprayed specifically onto a substrate. Further embodiments of such an application device ( 21 ) can be done by gravure, offset, high pressure or a screen printing device. The conductive substances ( 11 ), which by means of the applicator ( 21 ) are, for example, liquids, paints and pastes based on water (dispersion), are solvent-based, natural resins or resins that cure via UV (light) or heat, etc.

Darüberhinaus können die leitfähigen Substanzen (11) transparent, transluzent oder deckend durch Beimengen von Farbpigmenten weiss, schwarz oder bunt sein. So lassen sich auf einem Substrat Leiterbahnen in unterschiedlichen Farben erzeugen, wodurch die Möglichkeit gegeben wird, z. B. Funktionen oder Schaltkreise spezifisch farblich darzustellen. Die Leitfähigkeit in den Substanzen (11) wird durch Beimengung von leitfähigen Partikeln erzielt. Als solche leitfähigen Partikel sind bevorzugt Eisen, Kupfer, Silber, Magnesium, Aluminium, Nickel, Zink, Zinn, Graphit (Kohlenstoff) geeignet. Die leitfähigen Partikel werden bezüglich ihrer Partikelgröße spezifisch dem eingesetzten Aufbringverfahren entsprechend hergestellt. So liegt für die Verwendung im Inkjet Verfahren die Größe der leitfähigen Partikel vorzugsweise zwischen 80–1000 Nanometer. Die leitfähigen Partikel sind in runder Form, in Blättchenform oder Röhrenform beimischbar. Geeignet sind auch leitfähige Sandwichpartikel deren Kern mit einer leitfähigen Oberschicht versehen ist.In addition, the conductive substances ( 11 ) be transparent, translucent or opaque by adding color pigments white, black or colored. Thus can be produced on a substrate printed conductors in different colors, whereby the possibility is given, for. B. functions or circuits specifically color. The conductivity in the substances ( 11 ) is achieved by adding conductive particles. As such conductive particles are preferably iron, copper, silver, magnesium, aluminum, nickel, zinc, tin, graphite (carbon) suitable. The conductive particles are produced with respect to their particle size specifically to the application method used. Thus, for use in the inkjet process, the size of the conductive particles is preferably between 80-1000 nanometers. The conductive particles are admixable in a round, flake or tubular form. Also suitable are conductive sandwich particles whose core is provided with a conductive upper layer.

Der Mischungsanteil von leitfähigen Partikeln bei Inkjet-fähigen Substanzen (11) beträgt vorzugsweise zwischen 5%–30%. Bei mittels Laserauslösung aufbringbaren Substanzen liegt die Beimengung von leitfähigen Partikeln vorzugsweise bei einem Anteil von 30%–80%. Von Vorteil ist es, wenn die leitfähigen Substanzen mit einem konstanten Mischungsverhältnis zugeführt werden. Dies wird durch eine vorgelagerte kontinuierliche Vermengung mittels einer mechanischen Vermischungseinrichtung erreicht.The mixing ratio of conductive particles in inkjet-capable substances ( 11 ) is preferably between 5% -30%. In the case of substances which can be applied by means of laser triggering, the admixture of conductive particles is preferably in a proportion of 30% -80%. It is advantageous if the conductive substances are supplied at a constant mixing ratio. This is achieved by an upstream continuous mixing by means of a mechanical mixing device.

Bei Aufbringeinrichtung (21), bei der leitfähige Substanzen (11) pulverförmig aufgebracht werden, entfällt die Trocknungseinrichtung (22).In applicator ( 21 ), in which conductive substances ( 11 ) are applied in powder form, the drying device ( 22 ).

Bei Aufbringeinrichtungen (21), bei der leitfähige Substanzen (11) in einer flüssigen Lösung eingebunden sind ist es von Vorteil, wenn die Beimengung von Bindemittel stark reduziert ist (3%–20%). Im Laserprozess (23) werden die Beimengungen durch Ausbrennen beim Sintern ausgelöst.For applicators ( 21 ), in which conductive substances ( 11 ) are involved in a liquid solution, it is advantageous if the addition of binder is greatly reduced (3% -20%). In the laser process ( 23 ) the admixtures are triggered by burnout during sintering.

Wie die 1/a „Abschnitt II” zeigt, wird, um eine Leitfähigkeit herzustellen, in diesem nachfolgenden Schritt mittels einer Trocknungseinheit der lösbare Flüssigkeitsanteil aus dem Schichtbereich I (13) ausgelöst. Die leitfähigen Partikel können durch die Flüssigkeitsauslösung über ihren Randbereich untereinander kontaktieren und bilden einen ersten, noch eingeschränkten, leitfähigen Schichtbereich II (14). Je nach der im Steuerprogramm (20) hinterlegten Vorgabe, werden unter Berücksichtigung der Volumenschwindung (13) des vorgegebenen Querschnitts und des eingesetzten Substrats (11) die Leistungsmerkmale erzielt. Das Volumen hat sich hierbei um das Volumen der ausgelösten Flüssigkeitsanteile/Volumenschwindung (12) reduziert (Ca 50% bis 95%). Es ist von Vorteil, dass die Beimengung von Bindemittel so gering wie möglich gehalten wird. Ein nachfolgender Trocknungsvorgang kann, je nach Substanzaufbau, mittels einer Wärmeeinheit oder Licht (wie LED), je nach Energieeinsatz, in einer entsprechenden Zeit vorgenommen werden. Die Richtwerte der Trocknungseinheit (22) sind ebenfalls im Steuerprogramm hinterlegt.As the 1 / a "Section II" is, in order to produce a conductivity, in this subsequent step by means of a drying unit, the soluble liquid fraction from the layer region I ( 13 ). The conductive particles can contact each other by the liquid release over its edge region and form a first, still limited, conductive layer region II (FIG. 14 ). Depending on the control program ( 20 ) are taken into account, taking into account the volume shrinkage ( 13 ) of the predetermined cross-section and the substrate used ( 11 ) achieves the performance characteristics. The volume here has to be the volume of the liquid fractions / volume shrinkage ( 12 ) (Ca 50% to 95%). It is advantageous that the addition of binder is kept as low as possible. A subsequent drying process can, depending on the substance structure, by means of a heat unit or light (such as LED), depending on the energy input, be made in a corresponding time. The guide values of the drying unit ( 22 ) are also stored in the control program.

In 1/a „Abschnitt III” wird eine bevorzugte Ausführungsform zur Herstellung eines leitfähigen Schichtbereichs (15) dargestellt.In 1 / a "Section III" becomes a preferred embodiment for producing a conductive layer region ( 15 ).

Ein Laser wird exakt auf den im Steuerprogramm (20) hinterlegten Vorgaben von Leiterbahnlayout (32) sowie den herzustellenden Querschnittgeometrien (33) des Schichtbereiches II (14) geführt. Die Leistungsmerkmale des Lasers (23) können positionsbezogen variabel so gesteuert werden, dass

  • – ein Verschmelzen der leitfähigen Partikel (Sintern) nur innerhalb der geometrischen Abmessung des Schichtbereichs (14) erfolgt wobei das Substrat (10) frei einer Lasereinwirkung bleibt,
  • – ein Verschmelzen der leitfähigen Partikel (Sintern) in der geometrischen Form des Schichtbereichs (14) erfolgt und eine Haftverbindung zum Substrat hergestellt wird,
  • – ein Verschmelzen der leitfähigen Partikel (Sintern) in der geometrischen Form des Schichtbereichs (14) erfolgt und gleichzeitig eine gesinterte Verbindung (Verschweissen) zu einer Kontaktstelle/leitender Schichtbereich (43) gebildet wird.
A laser is exactly on the in the control program ( 20 ) defaults of trace layout ( 32 ) as well as the cross-sectional geometries to be produced ( 33 ) of the layer area II ( 14 ) guided. The features of the laser ( 23 ) can be variably controlled positionally so that
  • A fusion of the conductive particles (sintering) only within the geometric dimension of the layer region ( 14 ) takes place whereby the substrate ( 10 ) remains free of laser action,
  • A fusion of the conductive particles (sintering) in the geometric shape of the layer region ( 14 ) and an adhesive bond to the substrate is produced,
  • A fusion of the conductive particles (sintering) in the geometric shape of the layer region ( 14 ) and at the same time a sintered connection (welding) to a contact point / conductive layer region ( 43 ) is formed.

Durch den Laserprozess (23) findet eine weitere Reduktion des Volumens des leitfähigen Schichtbereichs (15) statt. Durch das Verschmelzen (Sintern) der leitfähigen Partikel des Schichtbereichs II (14) zu dem leitfähigen Schichtbereich (15) entsteht dabei eine Erhöhung der Leitfähigkeit (bis 98%). So lassen sich in einem Durchlauf oder in mehreren, hintereinander erfolgenden Verfahrensschritten eine beliebige geometrische Form mit einer leitfähigen Schichtdicke vorzugsweise zwischen 0,0001 mm und 2,0 mm auf einem Substrat (10) flächig oder 3D herstellen. Die Schichtbreite einer geometrischen Form, wie die Breite einer Leiterbahn, ist so vorzugsweise ab 10 Mikrometer herstellbar. Zur Erzeugung von Mikrostrukturen oder zur Vermeidung von Oxydation des leitfähigen Schichtbereichs II (14) kann das Verfahren in einer Vakuumkammer oder unter Schutzgas erfolgen. Hierbei sind vorzugsweise gütegeschaltete Laser mit kurzen Pulsen einsetzbar. Zur Herstellung von Leistungsquerschnitten zur Führung von höheren Stromkapazitäten sind durch Einsatz entsprechender Partikelgrößen und Aufbringvorgängen auch größere Querschnitte wie beispielsweise von 0,25 Quadratzentimeter herstellbar. Geeignete Laser hierfür sind CO2-Laser, ein Nd:YAG-Laser oder Faserlaser. Über die Messeinrichtung (24) können im laufenden Prozess die einzelnen Fertigungsschritte kontroliert und ihre Funktion simultan gemessen werden. Sie lassen sich im Prozess bei Fehlermeldungen automatisiert wiederholen oder entsprechend ohne weitere Bearbeitung aus der Fertigung ausschleusen. Die so hergestellten Bauteile weisen eine O-Fehler Quote auf. Nach Fertigungsdurchlauf ist keine aufwändige Nachkontrolle erforderlich.Through the laser process ( 23 ) finds a further reduction in the volume of the conductive layer region ( 15 ) instead of. By fusing (sintering) the conductive particles of the layer region II ( 14 ) to the conductive layer region ( 15 ) results in an increase in conductivity (up to 98%). Thus, in one pass or in a plurality of successive process steps, any geometric shape with a conductive layer thickness, preferably between 0.0001 mm and 2.0 mm, on a substrate ( 10 ) flat or 3D. The layer width of a geometric shape, such as the width of a conductor track, is thus preferably producible from 10 micrometers. For generating microstructures or for preventing oxidation of the conductive layer region II ( 14 ), the process can be carried out in a vacuum chamber or under protective gas. In this case, preferably Q-switched lasers can be used with short pulses. For the production of power cross sections for the guidance of higher current capacities, larger cross sections, for example of 0.25 square centimeter, can also be produced by using corresponding particle sizes and application processes. Suitable lasers These are CO 2 lasers, an Nd: YAG laser or fiber lasers. About the measuring device ( 24 ), the individual production steps can be checked and their function can be measured simultaneously during the ongoing process. In the process, they can be automatically repeated for error messages or removed from production without further processing. The components thus produced have an O error rate. After the production run, no time-consuming follow-up inspection is required.

In einem nachfolgenden Verfahrensschritt (nicht dargestellt) kann der erzeugte leitfähige Schichtbereich (15) mit einer mantelbildenden Deckschicht (18) mit einer vorbestimmbaren Schichtdicke umschlossen werden. Die Deckschicht kann ebenfalls mittels eines digitalen Aufbringverfahrens aus dem im Steuerprogramm hinterlegten Leiterbahnlayout mit einem vergrößerten Randbereich und unterschiedlichen Schichtebenen gebildet sein. Die kapselnde Isolationsschicht kann fest, biegefähig und/oder elastisch ausgebildet sein. Die Deckschicht kann mit vorbestimmten Aussparungen zur Bildung von Kontaktstellen zu leitfähigen Schichtbereichen (15) versehen sein. Eine Kapselung der gebildeten Funktionschicht kann in einer Ausführungsform auch durch das Aufbringen einer Abdeckfolie hergestellt werden. Durch mehrere, nach dem Verfahren hergestellte, sich überlagernde leitende Schichtbereiche mit entsprechenden dazwischen angeordneten isolierenden Schichtbereichen, lassen sich auf einem Substrat (10) komplexe elektrische- und elektronische Funktionen herstellen. Beispiele für geeignete Materialien von Substraten (10) zum Aufbringen von leitfähigen Schichtbereichen sind:

  • – Glas
  • – feste oder biegefähige Kunststoffe in Form von Platten, Folien Spritzgussteilen oder Formteilen (wie beispielsweise PS, PE, PP, PET, Acryl, Harze),
  • – Karbon
  • – sämtliche Bauteile aus Metall oder mit Metalloberflächen
  • – Holz, Holzwerkstoffe oder Werkstoffe mit Holzanteilen
  • – Papier, Karton (Papiere mit Anteilen an Füllstoffen, Farbstoffen und/oder Kunststoffen)
  • – oder Substrate (10) die aus Materialkombinationen bestehen.
In a subsequent method step (not shown), the generated conductive layer region (FIG. 15 ) with a shell-forming cover layer ( 18 ) are enclosed with a predeterminable layer thickness. The cover layer can likewise be formed by means of a digital application method from the conductor track layout deposited in the control program with an enlarged edge region and different layer planes. The encapsulating insulation layer may be solid, bendable and / or elastic. The cover layer may have predetermined recesses for forming contact points to conductive layer regions ( 15 ) be provided. An encapsulation of the functional layer formed can also be produced in one embodiment by the application of a cover film. A plurality of conductive layer regions, which are produced according to the method and have corresponding insulating layer regions arranged therebetween, can be deposited on a substrate ( 10 ) produce complex electrical and electronic functions. Examples of suitable materials of substrates ( 10 ) for applying conductive layer regions are:
  • - Glass
  • Solid or bendable plastics in the form of sheets, films, injection molded parts or molded parts (such as PS, PE, PP, PET, acrylic, resins),
  • - Carbon
  • - All components made of metal or metal surfaces
  • - Wood, wood-based materials or materials with wood content
  • - Paper, board (papers with proportions of fillers, dyes and / or plastics)
  • - or substrates ( 10 ) which consist of material combinations.

Zur Erhöhung einer Haftfähigkeit der Schichtbereiche (15) kann eine Haftvermittlungsschicht auf das Substrat (10) zuvor aufgebracht werden. Zur Unterbindung einer Kontaktbildung oder Wärmeeinwirkung durch den Laserprozess (23) von leitfähigen Schichtbereichen (15) mit dem Substrat (10) ist eine Isolationsschicht (17) vorab aufbringbar. Die Isolationsschicht (17) kann durch Beimengung von Keramikpartikeln gebildet sein. Die Haftschicht kann gleich Isolationsschicht sein.To increase the adhesion of the layer areas ( 15 ), an adhesion-promoting layer can be applied to the substrate ( 10 ) are applied previously. To prevent contact or heat from the laser process ( 23 ) of conductive layer areas ( 15 ) with the substrate ( 10 ) is an insulation layer ( 17 ) can be applied in advance. The insulation layer ( 17 ) may be formed by admixture of ceramic particles. The adhesive layer may be the same as insulation layer.

Haftschicht und Isolationsschicht können beispielsweise in einem digitalen Aufbringverfahren nach einem im Steuerprogramm hinterlegten Layout (32) ausgeführt werden.Adhesive layer and insulating layer can, for example, in a digital application method according to a stored in the control program layout ( 32 ).

Eine erfindungsgemäße Anwendungsform wird geschaffen, wenn ein biegefähiges Material mit einem nach dem Verfahren aufgebrachten leitfähigen Schichtbereich (15) versehen wird und zusätzlich mit einer Selbstklebeschicht (46) ergänzt wird. Hiermit wird die Möglichkeit geschaffen, dass ein biegefähiges Bauteil (10) beispielsweise mit 0.2–1 mm Dicke an beliebiger Stelle und sofort funktionsfähig aufbringbar ist.An application form according to the invention is provided when a bendable material is provided with a conductive layer region applied by the process (US Pat. 15 ) and additionally with a self-adhesive layer ( 46 ) is added. This creates the possibility that a bendable component ( 10 ), for example, with 0.2-1 mm thickness at any point and immediately operable applied.

Eine Ausführungsform des Substrates (10) mit einem leitfähigen Schichtbereich (15) kann als Endlosband ausgebildet sein. Definierte Abschnittsbereiche können darüberhinaus mit Funktionen belegt und durch eine Perforierung abtrennbar sein.An embodiment of the substrate ( 10 ) with a conductive layer region ( 15 ) may be formed as an endless belt. In addition, defined section areas can be assigned functions and can be separated by a perforation.

1/b zeigt ein im Steuerprogramm (20) hinterlegtes Leiterbahnlayout (32). Im Leiterbahnlayout (Datei) werden die zu bildenden leitfähigen Schichtbereiche (15) in ihren entsprechenden Flächengeometrien, deren Mengensteuerung und Schichtdickenbildung hinterlegt. So können hier beispielsweise Leiterbahnen (30) mit unterschiedlichen Abmessungen vorgegeben, funktionserweiternde Bauteile (42) angeordnet sowie kontaktbildende Stellen (43) hinterlegt sein. Die Abmessung der Datei ist entsprechend auf die Geometrie der zu beschichtenden Substratoberfläche (34–37) ausgerichtet. Das Leiterbahnlayout (32) kann als Flächendatei 2D sowie als 3D ausgeführt sein. Die Verrechnung der Abgabemenge der leitfähigen Substanzen (11) zur Bildung eines konstanten Querschnitts (33) einer leitfähigen Schicht auf einer gekrümmten Fläche ist ebenfalls hinterlegt. 1 / b shows a in the control program ( 20 ) laid trace layout ( 32 ). In the trace layout (file), the conductive layer areas to be formed ( 15 ) in their corresponding surface geometries, their quantity control and layer thickness formation deposited. For example, conductor tracks ( 30 ) with different dimensions, function-expanding components ( 42 ) and contact-forming bodies ( 43 ) be deposited. The dimension of the file is corresponding to the geometry of the substrate surface to be coated ( 34 - 37 ). The track layout ( 32 ) can be executed as area file 2D as well as 3D. The offsetting of the delivery quantity of the conductive substances ( 11 ) to form a constant cross section ( 33 ) of a conductive layer on a curved surface is also deposited.

1/c zeigt die im Steuerprogramm (20) hinterlegten Informationen (Kontur) der Substratoberfläche (34, 35, 36, 37) und deren Erstreckung in x-, y-, z-Richtung, auf denen leitfähige Schichtbereiche gebildet werden. 1 / c shows the in the control program ( 20 ) stored information (contour) of the substrate surface ( 34 . 35 . 36 . 37 ) and their extension in the x, y, z direction, on which conductive layer regions are formed.

1/d zeigt die im Steuerprogramm (20) hinterlegten Informationen der Geometrien von funktionserweiternden Bauteilen (42) und von Kontaktstellen (43). 1 / d shows in the control program ( 20 ) stored information of the geometries of function-expanding components ( 42 ) and contact points ( 43 ).

1/e zeigt die im Steuerprogramm (20) hinterlegten Informationen für vorbestimmbare elektrische Leistungsmerkmale und deren entsprechenden Querschnitt-Geometrien (33). Hinterlegt sind:

  • – Leistungsmerkmale von leitfähigen Substanzen (11)
  • – elektrische Leistungsmerkmale von Schichtbereichen (15) nach Sinterung (23).
1 / e shows in the control program ( 20 ) stored information for predeterminable electrical performance features and their corresponding cross-sectional geometries ( 33 ). Deposited are:
  • - Performance characteristics of conductive substances ( 11 )
  • - electrical performance characteristics of layered areas ( 15 ) after sintering ( 23 ).

2 zeigt Ausführungsformen von Anlagen zum Führen einer Aufbringeinrichtung (21), einer Trocknungseinrichtung (22) und einer Lasereinrichtung (23) auf einer Substratoberfläche (10, 34–37). 2 shows embodiments of systems for guiding an application device ( 21 ), a drying device ( 22 ) and a laser device ( 23 ) on a substrate surface ( 10 . 34 - 37 ).

2/a zeigt eine Ausführungsform wobei die Komponenten (21, 22, 23) fest stehen und das Substrat (10, 34–37) mittels einer Halterung (25) 2D oder 3D im vorbestimmbaren Abstand entsprechend geführt wird. 2 / a shows an embodiment wherein the components ( 21 . 22 . 23 ) and the substrate ( 10 . 34 - 37 ) by means of a holder ( 25 ) 2D or 3D is guided in accordance with predeterminable distance.

2/b zeigt eine Ausführungsform wobei das Substrat (10, 34–37) fest steht, und die Komponenten (21, 22, 23) 2D oder 3D im vorbestimmbaren Abstand zur Substratoberfläche geführt werden. 2 / b shows an embodiment wherein the substrate ( 10 . 34 - 37 ) and the components ( 21 . 22 . 23 ) 2D or 3D are guided at a predeterminable distance from the substrate surface.

2/c zeigt eine Ausführungsform wobei Halterung/Substrat (34–37, 10) und Komponenten (21, 22, 23) 2D oder 3D variabel steuerbar sind. 2D bezeichnet eine steuerbare Bewegung in X- und Y-Achse. 3D bezeichnet eine steuerbare Bewegung über mehrere Achsen, beispielsweise Roboterführung (6-Achsen). Die Aufbringeinrichtung kann mit Singlepass und/oder Multipass Funktion oder kombiniert gesteuert werden. In einer Fertigungsanlage sind Kombination von gleicher oder unterschiedlicher Ausführungsformen möglich. 2 / c shows an embodiment wherein holder / substrate ( 34 - 37 . 10 ) and components ( 21 . 22 . 23 ) 2D or 3D are variably controllable. 2D denotes a controllable movement in the X and Y axes. 3D denotes a controllable movement over several axes, for example robot guidance (6 axes). The applicator can be controlled with single pass and / or multipass function or combined. In a manufacturing plant combination of the same or different embodiments are possible.

3/a zeigt einen Querschnitt durch eine Substratoberfläche (10). 3 / a shows a cross section through a substrate surface ( 10 ).

3/b zeigt einen Querschnitt durch eine Substratoberfläche (10) worauf mittels einer Aufbringeinrichtung (22) eine leitfähige Substanz (11) nach einer im Steuerprogramm hinterlegten Geometrie und Schichtdicke gebildet ist und durch nachfolgende Trocknung (22) und Sinterung (23) der leitfähigen Partikel, ein leitfähiger Schichtbereich (15) gebildet ist. 3 / b shows a cross section through a substrate surface ( 10 ) on what by means of an applicator ( 22 ) a conductive substance ( 11 ) is formed according to a geometry and layer thickness deposited in the control program and by subsequent drying ( 22 ) and sintering ( 23 ) of the conductive particles, a conductive layer region ( 15 ) is formed.

Je nach erforderlicher Volumenbildung eines vorgegebenen Leistungs-Querschnittes (33) kann der Aufbringvorgang (13), Trockenprozess (22) und Sinterungsprozess (23) mehrmals überlagernd durchgeführt werden.Depending on the required volume formation of a given power cross-section ( 33 ), the application process ( 13 ), Dry process ( 22 ) and sintering process ( 23 ) are overlaid several times.

In Abschnitt „A” des leitfähigen Schichtbereichs (14) wird der Schmelzpunkt des Lasers so geführt, dass die Trägerschicht (10) frei einer thermischen Beeinträchtigung bleibt. Besonders von Vorteil ist dies beim Herstellen eines leitfähigen Schichtbereichs (15), beispielsweise auf einer Glasoberfläche. Durch diese Laserführung bleibt die Glasschicht frei einer Wärmespannung. Erfindungsgemäß lassen sich beispielsweise auf gewölbte Glasflächen (37), komplexe Antennen, Sensoren, Heizschleifen, Dekorierungen, Beschriftungen und die entsprechenden Verbindungen zu Kontaktbauteilen rationell in einem Fertigungsverfahren herstellen.In section "A" of the conductive layer region ( 14 ), the melting point of the laser is guided so that the carrier layer ( 10 ) remains free of thermal degradation. This is particularly advantageous when producing a conductive layer region ( 15 ), for example on a glass surface. Due to this laser guidance, the glass layer remains free of thermal stress. According to the invention, for example, on curved glass surfaces ( 37 ), complex antennas, sensors, heating loops, decorations, labels and the corresponding connections to contact components rationally in a manufacturing process.

4/a zeigt einen Querschnitt durch eine Substratoberfläche (10) die mit einer durchführenden Kontaktstelle (43) versehen ist (Kontaktniete). 4 / a shows a cross section through a substrate surface ( 10 ) with an implementing contact point ( 43 ) (contact rivet).

4/b zeigt wie in einem Verfahrschritt zwei unterschiedliche spezifische Merkmale in einem Schichtbereich (15) über die positionsbezogene, variable Leistungssteuerung des Lasers (23) gebildet werden. 4 / b shows two different specific features in one shift range as in one movement step ( 15 ) via the position-related, variable power control of the laser ( 23 ) are formed.

In Abschnitt „A” wird zur Bildung des leitfähigen Schichtbereichs (15) der Schmelzpunkt des Lasers so geführt, dass die Trägerschicht (10) frei einer thermischen Beeinträchtigung bleibt.In section "A" is used to form the conductive layer region ( 15 ) the melting point of the laser is guided so that the carrier layer ( 10 ) remains free of thermal degradation.

In Abschnitt „B” wird der Schmelzpunkt des Lasers so geführt, dass bei der Bildung des leitfähigen Schichtbereichs (15) mit der darunterliegenden Kontaktstelle (43) eine feste Haftverbindung gebildet wird (Verschweissen). In der Darstellung umgibt eine optionale Isolationschicht (18) oder Kapselschicht den leitfähigen Schichtbereich (15).In section "B", the melting point of the laser is guided so that when the conductive layer region is formed ( 15 ) with the underlying contact point ( 43 ) a solid adhesive bond is formed (welding). In the illustration, an optional isolation layer ( 18 ) or capsule layer the conductive layer region ( 15 ).

5/a zeigt einen Querschnitt durch eine Substratoberfläche (10) mit einem darauf aufgebrachten funktionserweiternden Bauteil (42). Eine solche Bauteilehöhe bewegt sich häufig zwischen 0,1 mm–3 mm. 5 / a shows a cross section through a substrate surface ( 10 ) with a function-expanding component ( 42 ). Such a component height often moves between 0.1 mm-3 mm.

5/b zeigt, wie in einem Verfahrschritt mehrere spezifische Merkmale in einem Schichtbereich (15) über die positionsbezogene, variable Leistungssteuerung des Lasers (23) gebildet werden. 5 / b shows how in a traversing step several specific features in a slice area ( 15 ) via the position-related, variable power control of the laser ( 23 ) are formed.

In Abschnitt „A” wird zur Bildung des leitfähigen Schichtbereichs (15) der Schmelzpunkt des Lasers so geführt, dass die Trägerschicht (10) frei einer thermischen Beeinträchtigung bleibt. Im Abschnitt „C” wird in einem leitfähigen Schichtbereich (15) über eine differenzierte positionsbezogene Mengensteuerung (16) der aufzubringenden leitfähigen Substanzen (11) ein erweiterter Schichtbereich zu einer Kontaktstelle (43) eines Bauteiles (42) gebildet. Mittels der Aufbringeinrichtung (21) wird hierbei eine vorbestimmte größere Menge an leitfähiger Substanz (11) im Absatzbereich so aufgebracht, dass eine vorbestimmte Verbindung gebildet wird. Durch die variable Leistungssteuerung des Lasers (23) kann dadurch ein leitfähiger übergehender Schichtbereich gebildet werden. Mit einer aus Jnkjet-Druckköpfen gebildeten Aufbringeinrichtungen (21) sind leitfähige Substanzen (11) in einem Abstand zwischen 0.5 mm bis 5 mm zu einem Substrat (10) präzise aufzubringen. Je nach Energieeinsatz und Tröpfchengrösse lassen sich leitfähige Substanzen (11) auch über größere Distanzen beispielsweise 10 mm hierbei gezielt aufbringen. Die Tröpfchengrößen von leitfähigen Substanzen (11), die mittels eines digitalen Inkjet Systems (21) aufbringbar sind, weisen vorzugsweise eine Grösse von 3 bis 80 Piktoliter auf.In section "A" is used to form the conductive layer region ( 15 ) the melting point of the laser is guided so that the carrier layer ( 10 ) remains free of thermal degradation. In section "C", in a conductive layer region ( 15 ) via a differentiated item-related quantity control ( 16 ) of the conductive substances to be applied ( 11 ) an extended layer area to a contact point ( 43 ) of a component ( 42 ) educated. By means of the applicator ( 21 ) is hereby a predetermined larger amount of conductive substance ( 11 ) is applied in the heel area so that a predetermined connection is formed. Due to the variable power control of the laser ( 23 ), a conductive transitional layer region can thereby be formed. With an applicator formed by jet print heads ( 21 ) are conductive substances ( 11 ) at a distance between 0.5 mm to 5 mm to a substrate ( 10 ) to apply precisely. Depending on the energy input and droplet size, conductive substances ( 11 ) apply even over longer distances, for example, 10 mm targeted. The droplet sizes of conductive substances ( 11 ) using a digital inkjet system ( 21 ) can be applied, preferably have a size of 3 to 80 picoliters.

In Abschnitt „B” wird der Schmelzpunkt des Lasers so geführt, dass bei der Bildung des leitfähigen Schichtbereichs (15) mit der darunterliegenden Kontaktstelle (43) eine feste Haftverbindung gebildet wird (Verschweissen).In section "B", the melting point of the laser is guided so that when the conductive layer region is formed ( 15 ) with the underlying contact point ( 43 ) a solid adhesive bond is formed (welding).

In der Darstellung umgibt eine optionale Isolationschicht (18) oder Kapselschicht den leitfähigen Schichtbereich (15).In the illustration, an optional isolation layer ( 18 ) or capsule layer the conductive layer region ( 15 ).

6/a zeigt einen Querschnitt durch eine Substratoberfläche (10) mit zwei darauf befindlichen Kontaktstellen/leitfähigen Schichtbereichen (43). Unter dem Begriff „Kontaktstelle/leitfähige Schichtbereiche (43)” werden alle kontaktierfähigen Materialien/Bauteile verstanden wie beispielsweise Kabel, Kontaktbuchsen, gedruckte oder herkömmlich hergestellte Leiterbahnen. 6 / a shows a cross section through a substrate surface ( 10 ) with two contact points / conductive layer areas ( 43 ). Under the term "contact point / conductive layer areas ( 43 ) "Are understood all contactable materials / components such as cables, sockets, printed or conventionally produced tracks.

6/b zeigt, wie in einem Verfahrschritt zwei unterschiedliche oder gleiche Kontaktstellen/leitfähige Schichtbereiche (43), die mittels eines leitfähigen Schichtbereichs (15) miteinander leitfähig verbunden werden. Durch die variable Leistungssteuerung des Lasers (23) wird der Schmelzpunkt des Lasers hierbei so geführt, dass bei der Bildung des leitfähigen Schichtbereichs (15) mit der jeweiligen, darunterliegenden Kontaktstelle/leitfähiger Schichtbereich (43) eine feste Haftverbindung gebildet wird (Verschweissen). Mit dieser in 6/a und 6/b aufgezeigten Möglichkeit wird erfindungsgemäß die Möglichkeit geschaffen, ohne Lötstelle eine leitfähige Kontaktierung von Bauteilen auf einem Substrat herzustellen. 6 / b shows how in a traversing step two different or identical contact points / conductive layer areas ( 43 ), which by means of a conductive layer region ( 15 ) are conductively connected to each other. Due to the variable power control of the laser ( 23 ), the melting point of the laser is guided in such a way that during the formation of the conductive layer region ( 15 ) with the respective underlying contact point / conductive layer area ( 43 ) a solid adhesive bond is formed (welding). With this in 6 / a and 6 / b indicated possibility according to the invention created the possibility to produce a conductive contacting of components on a substrate without solder joint.

7 zeigt einen Querschnitt durch eine Substratoberfläche (10) mit zwei sich überlagernden leitfähigen Schichtbereichen (15). Zwischen den beiden leitfähigen Schichtbereichen (15) ist eine Isolationsschicht (17) aufgebracht. Die Isolationsschicht hat hier zusätzlich die Funktion, während der Lasersinterung (23) eine Kontaktierung der sich überlagernden leitfähigen Schichtbereiche (15) zu vermeiden. 8 zeigt einen Querschnitt durch eine Substratoberfläche (10). Es werden unterschiedliche Querschnittgeometrien (33) von Leiterbahnen gezeigt die nach dem Verfahren hergestellt sind. Es ist von Vorteil, beim Aufbau von höheren Schichtbereichen (ab ca. 0,2 mm), eine nach oben hin in der Breite abnehmende Schichtgeometrie herzustellen. Der Vorteil liegt darin, dass fehlgestreute Partikel aus höheren Schichtbereichen in der Wandschrägung aufgenommen werden. Eine präzise Kantenbildung und somit auch hohe Funktionalität ist dadurch gewährleistet. 7 shows a cross section through a substrate surface ( 10 ) with two overlapping conductive layer regions ( 15 ). Between the two conductive layer areas ( 15 ) is an insulation layer ( 17 ) applied. The insulation layer additionally has the function during laser sintering ( 23 ) a contacting of the overlapping conductive layer regions ( 15 ) to avoid. 8th shows a cross section through a substrate surface ( 10 ). Different cross-sectional geometries ( 33 ) of printed conductors produced by the method. It is advantageous, when constructing higher layer areas (from approx. 0.2 mm), to produce a layer geometry which decreases in width at the top. The advantage is that mis-scattered particles from higher layer areas are absorbed in the wall slope. A precise edge formation and thus also high functionality is guaranteed.

9 zeigt Beispiel von Flächen und Körpern zur Anwendung des Verfahrens. 9 shows example of surfaces and bodies for applying the method.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Substratsubstratum
1111
leitfähige Substanzenconductive substances
1212
Volumenschwindungvolume shrinkage
1313
Schichtbereich I (nass)Layer area I (wet)
1414
Schichtbereich II (getrocknet)Layer area II (dried)
1515
leitfähiger Schichtbereich (gesintert)conductive layer area (sintered)
1616
positionsbezogene Mengensteuerungposition-based quantity control
1717
Isolationsschichtinsulation layer
1818
Deckschichttopcoat
2020
Steuereinrichtungcontrol device
2121
Aufbringeinrichtungapplicator
2222
Trocknungseinrichtungdrying device
2323
Lasereinrichtunglaser device
2424
Messeinrichtungmeasuring device
2525
Transporteinrichtungtransport means
3030
Leiterbahnconductor path
3232
LeiterbahnenlayoutConductor track layout
3333
QuerschnittgeometrieCross-sectional geometry
3434
flächiges Substratflat substrate
3535
flächiges, gewölbtes Substratflat, arched substrate
3636
kugelförmiges Substratspherical substrate
3737
konkav, konvex gewölbtes Substratconcave, convex arched substrate
4040
AnlagenkonfiguratianAnlagenkonfiguratian
4242
funktionserweiterndes Bauteilfunction-expanding component
4343
Kontaktstelle/leitfähiger SchichtbereichContact point / conductive layer area
AA
nicht kontaktierender Schichtbereichnon-contacting layer area
BB
kontaktierender Schichtbereichcontacting layer area
CC
volumenerweiterter, leitfähiger Schichtbereichvolume-extended, conductive layer area

Claims (10)

Verfahren zum Bilden eines leitfähigen Schichtbereichs (15) auf einer Substratoberfläche (10) 2D oder 3D, dadurch gekennzeichnet, dass – über eine Steuereinrichtung (20) – nach einem vorgegebenen Leiterbahnlayout (32), mittels einer Aufbringeinrichtung (21) leitfähige Partikel aufgebracht und – mittels eines Lasers, der nach dem in der Steuereinrichtung (20) hinterlegten Leiterbahnlayout (32) so geführt wird, dass die leitfähigen Partikel zu einem homogenen, leitfähigen Schichtbereich (15) gesintert/verbunden werden.Method for forming a conductive layer region ( 15 ) on a substrate surface ( 10 ) 2D or 3D, characterized in that - via a control device ( 20 ) - according to a given trace layout ( 32 ), by means of an applicator ( 21 ) conductive particles and - by means of a laser, after the in the control device ( 20 ) stored trace layout ( 32 ) is guided so that the conductive particles to a homogeneous, conductive layer area ( 15 ) are sintered / connected. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die leitfähigen Partikel in einer pastösen oder flüssigen Substanz (11) eingebunden sind.Process according to claim 1, wherein the conductive particles are present in a pasty or liquid substance ( 11 ) are involved. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei beim Aufbringen einer pastösen oder flüssigen Substanz (11) mittels einer Aufbringeinrichtung (21) deren Flüssigkeitsanteile durch einen nachfolgenden Trocknungsprozess (22) ausgelöst werden.Method according to one of claims 1 to 2, wherein when applying a pasty or liquid substance ( 11 ) by means of an applicator ( 21 ) whose liquid fractions through a subsequent drying process ( 22 ) to be triggered. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei mittels der Aufbringeinrichtung (21) durch eine positionsbezogene Mengensteuerung (16) und die positionsbezogene, variable Leistungssteuerung des Lasers (23) in einem Arbeitsprozess, vorbestimmbare unterschiedliche Schichthöhen sowie Querschnittgeometrien (33) von leitfähigen Schichtbereichen (15) herstellbar sind.Method according to one of claims 1 to 3, wherein by means of the application device ( 21 ) by a position-based quantity control ( 16 ) and the position - related, variable power control of the Lasers ( 23 ) in a work process, predeterminable different layer heights and cross-sectional geometries ( 33 ) of conductive layer areas ( 15 ) can be produced. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dass bei der Bildung eines leitfähigen Schichtbereichs (15) der Schmelzpunkt des Lasers so geführt wird, dass die Substratoberfläche (10) frei einer thermischen Beeinträchtigung bleibt.Method according to one of claims 1 to 4, that in the formation of a conductive layer region ( 15 ) the melting point of the laser is guided so that the substrate surface ( 10 ) remains free of thermal degradation. Verfahren nach einem der Ansprüchen 1 bis 5, dass bei der Bildung eines leitfähigen Schichtbereichs (15) der Schmelzpunkt des Lasers so geführt wird, dass mit einer darunter angeordneten Kontaktstelle/leitfähiger Schichtbereich (43) eine feste Haftverbindung gebildet wird (Verschweissen).Method according to one of claims 1 to 5, that in the formation of a conductive layer region ( 15 ) the melting point of the laser is guided in such a way that with a contact point / conductive layer region ( 43 ) a solid adhesive bond is formed (welding). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in dem Übergangsbereich von einer Schichtebene in eine höhere oder niedere mittels einer positionsbezogenen Mengensteuerung (16) ein erweiterter leitfähiger Schichtbereich (15) mit vorbestimmbarem Leistungsquerschnitt gebildet wird.Method according to one of claims 1 to 6, wherein in the transition region from one layer plane to a higher or lower one by means of a position-related quantity control ( 16 ) an extended conductive layer region ( 15 ) is formed with predeterminable power cross section. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei zwei unterschiedliche oder gleiche Kontaktstellen/leitfähige Schichtbereiche (43) mittels eines leitfähigen Schichtbereichs (15) miteinander leitfähig verbunden werden.Method according to one of claims 1 to 7, wherein two different or identical contact points / conductive layer areas ( 43 ) by means of a conductive layer region ( 15 ) are conductively connected to each other. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Geometrie eines leitfähigen Schichtbereichs (15) auf einer Substratoberfläche (10) mit einer Deckschicht (18) umschlossen wird.Method according to one of claims 1 to 8, wherein the geometry of a conductive layer region ( 15 ) on a substrate surface ( 10 ) with a cover layer ( 18 ) is enclosed. Bauteil (34, 35, 36, 37), das eine entsprechend eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 einen auf einer Oberfläche (10) aufgebrachten leitfähigen Schichtbereich (15) aufweist.Component ( 34 . 35 . 36 . 37 ), one according to a method according to one of claims 1 to 9 one on a surface ( 10 ) applied conductive layer area ( 15 ) having.
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