DE102022120646A1

DE102022120646A1 - Verfahren zur Herstellung einer flexiblen gedruckten Schaltung (FPC) mittels Auftragen von Metallleiterbahnen, gedruckte Schaltung und Batteriesystem mit gedruckter Schaltung

Info

Publication number: DE102022120646A1
Application number: DE102022120646.7A
Authority: DE
Inventors: Simon Stoll
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2022-08-16
Filing date: 2022-08-16
Publication date: 2024-02-22

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren (500) zur Herstellung einer flexiblen gedruckten Schaltung (40), umfassend die Schritte: Bereitstellen (S501) einer ersten folienartigen Klebstoffschicht (12-1), insbesondere einer Klebstoffbahn; Bewegen (S502) der ersten folienartigen Klebstoffschicht (12-1) zwischen einer unbeheizten ersten Walze (14) und einer ein Metall, ins-besondere Kupfer übertragenden zweiten Walze (16), die einer galvanischen Anlage (18) zugeordnet ist, wobei mittels der zweiten Walze (16) Metallleiterbahnen (22) einseitig auf die erste folienartige Klebstoffschicht (12-1) aufgetragen werden (S503); Bereitstellen (S504) einer ersten Trägerfolie (24-1) auf der Seite der ersten folienartigen Klebstoffschicht (12-1), die keine Metallleiterbahnen (22) aufweist; Bereitstellen (S505) einer zweiten folienartigen Klebstoffschicht (12-2) auf der Seite der ersten folienartigen Klebstoffschicht (12-1), die Metallleiterbahnen (22) aufweist; Bereitstellen (S506) einer zweiten Trägerfolie (24-2) auf der Seite der zweiten folienartigen Klebstoffschicht (12-2); Bewegen (S507) der ersten Trägerfolie (24-1), der ersten Klebstoffschicht (12-1), der zweiten Klebstoffschicht (12-2) und der zweiten Trägerfolie (24-2) zwischen zwei beheizbare Walzen (26), wobei die Trägerfolien (24-1, 24-2) und die Klebstoffschichten (12-1, 12-2) zu einem Laminat (28) verpresst werden, das die Metallleiterbahnen (22) enthält.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer flexiblen gedruckten Schaltung, die auch als Flexible Printed Circuit (FPC) bezeichnet werden kann.
Solche flexible gedruckte Schaltungen (Flexible Printed Circuits (FPC)) sind ein wichtiger Bestandteil bei der Batteriezellenkontaktierung für Batteriemanagementsysteme in der Automobilindustrie. Die Herstellung von solchen FPC erfolgt heute in der Regel über ein Ätzverfahren. Dabei wird ein zuvor aus Trägerfolie, Klebstoff und Kupfer hergestelltes Laminat mithilfe von Hilfsmitteln weiterverarbeitet. Dazu wird Fotolack auf die Stellen aufgetragen, die bei dem Ätzen nicht abgetragen werden sollen. Nach dem Ätzen verbleibt die gewünschte Leiterstruktur im Kupfermaterial.
Es wird in diesem Zusammenhang beispielhaft auf die folgenden Druckschriften verweisen: WO 2008 065 069 A1 , WO 2008 142 070 A2 und DE 10 2014 013 564 A1 .
Durch das oben beschriebene Ätzverfahren werden etwa 80% der Kupferfolie weggeätzt. Die Kupferfolie ist nur wenige µm dick und ist aufgrund des Herstellungsprozesses wesentlich teurer als Kupfer zu einem üblichen Handelskurs. Mit anderen Worten wird von einer aufwändig und teuer hergestellten Kupferfolie ein Großteil nicht verwendet und muss recycliert werden.
Hieraus ergeben sich mehrere Fertigungsschritte die üblicherweise bei mehreren Lieferanten bzw. Herstellern durchgeführt werden müssen.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, ein Verfahren zur Herstellung von flexiblen gedruckten Schaltungen anzugeben, das einfacher und kostengünstiger durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine nach diesem Verfahren hergestellte gedruckte Schaltung. Eine solche Schaltung kann Teil eines Batteriesystems sein. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Vorgeschlagen wird also ein Verfahren zur Herstellung einer flexiblen gedruckten Schaltung, um-fassend die Schritte:

Bereitstellen einer ersten folienartigen Klebstoffschicht, insbesondere einer Klebstoffbahn;
Bewegen der ersten folienartigen Klebstoffschicht zwischen einer unbeheizten ersten Walze und einer ein Metall, insbesondere Kupfer übertragenden zweiten Walze, die einer galvanischen Anlage zugeordnet ist, wobei mittels der zweiten Walze Metallleiterbahnen einseitig auf die erste folienartige Klebstoffschicht aufgetragen werden;
Bereitstellen einer ersten Trägerfolie auf derjenigen Seite der ersten folienartigen Klebstoffschicht, die keine Metallleiterbahnen aufweist;
Bereitstellen einer zweiten folienartige Klebstoffschicht auf derjenigen Seite der ersten folienartigen Klebstoffschicht, die Metallleiterbahnen aufweist; Bereitstellen einer zweiten Trägerfolie auf der Seite der zweiten folienartigen Klebstoffschicht;
Bewegen der ersten Trägerfolie, der ersten Klebstoffschicht, der zweiten Klebstoffschicht und der zweiten Trägerfolie zwischen zwei beheizbare Walzen, wobei die Trägerfolien und die Klebstoffschichten zu einem Laminat verpresst werden, das die Metallleiterbahnen enthält.

Durch ein derartiges Verfahren wird das Metall, insbesondere Kupfer über einen additiven Prozess direkt auf die folienartige Klebstoffschicht aufgebracht bzw. aufgetragen. Die elektrische Schaltung bzw. die Metallleiterbahnen werden somit ähnlich einem Walzenprinzip bei einem Laserdrucker auf die folienartige Klebstoffschicht übertragen. Somit ist es nicht erforderlich eine vollflächige Kupferfolie bereitzustellen die anschließend ätzend bearbeitet und abgetragen wird, so dass Ressourcen und Kosten gespart werden können.
Bei dem Verfahren wird die erste folienartige Klebstoffschicht an die zweite Walze, die auch als Galvanikwalze bezeichnet werden kann, herangeführt. Die Galvanikwalze und die erste, unbeheizte Walze üben einen bestimmten Druck aufeinander aus. Das Metall bzw. Kupfer wird von der Galvanikwalze auf die folienartige Klebstoffschicht übertragen und haftet an dieser Klebstoffschicht an. Danach werden die erste Trägerfolie von unten und die zweite Klebstoffschicht und die zweite Trägerfolie von oben zugeführt. Die zuführenden, beheizbaren Walzen erhitzen das Konvolut der verschiedenen Schichten.
Bei dem Verfahren können die erste folienartige Klebstoffschicht und die zweite folienartige Klebstoffschicht ihre klebende Wirkung nur bei Erwärmung entfalten. Somit erfolgt eine Aktivierung des Klebstoffs erst zwischen den beiden beheizbaren Walzen. Somit erfolgt durch das Verpressen und Erhitzen die Bildung des fertigen Laminats, das die Metallleiterschicht enthält.
Bei dem Verfahren können die erste Trägerfolie oder/und die zweite Trägerfolie mit Durchgangsöffnungen an Positionen versehen werden, an denen die flexible gedruckte Schaltung bei deren späteren Verwendung elektrisch kontaktiert werden soll, insbesondere verlötet werden soll.
Bei dem Verfahren können die Klebstoffschichten und die Trägerfolien als jeweilige Bahnen bereitgestellt werden. Mit anderen Worten können nacheinander mehrere gedruckte Schaltungen in einer Art Endlosprozess hergestellt werden. Anders ausgedrückt wird ein quasi endloses Laminat mit darin aufgenommenen Metallleiterbahnen gebildet.
Bei dem Verfahren kann das fertige Laminat mit den Metallleiterbahnen in gewünschte gedruckte Schaltungen geschnitten werden. Dabei können die Schnitte bzw. Trennungen in Bereichen des Laminats durchgeführt werden, die keine Metallleiterbahn aufweisen. Das Schneiden bzw. Trennen kann dabei insbesondere quer oder/und längs zu einer Bahnrichtung des Laminats erfolgen.
Vorgeschlagen wird auch ein flexible gedruckte Schaltung, insbesondere ein Flexible Printed Circuit (FPC), die nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt worden ist. Eine solche flexible Schaltung umfasst somit von unten nach oben die erste Trägerfolie, die erste Klebstoffschicht mit Metallleiterbahnen, die zweite Klebstoffschicht und die zweite Trägerfolie. Dabei sind die Metallleiterbahnen insbesondere in den miteinander verbundenen Klebstoffschichten aufgenommen bzw. eingegossen.
Ein Batteriesystem für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug weist mehrere Batteriezellen auf, wobei die Batteriezellen mittels wenigstens einer solchen flexiblen gedruckten Schaltung elektrisch kontaktiert sind.
Durch das oben beschriebene Verfahren sind insbesondere folgende Vorteile erreichbar. Die Herstellung kann an einem Ort (bei einem Hersteller) erfolgen. Ein vollständiger Entfall des Ätzprozesses ist erreicht, was auch eine Vereinfachung des Laminierungsprozesses bewirkt und zu einer erhöhten Prozesssicher führt. Das Endprodukt (gedruckte Schaltung bzw. Laminat mit Metallleiterbahnen) kann in einem statt zwei Schritten laminiert werden. Es werden Ressourcen geschont und Materialkosten eingespart, weil nur so viel Metall bzw. Kupfer verwendet bzw. aufgetragen wird, wie im Endprodukt enthalten ist.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figuren. Dabei zeigt:

1 eine vereinfachte und schematische Darstellung eines Teils einer Vorrichtung zur Durchführung und Erläuterung des Verfahrens;
2 das Verfahren anhand von vereinfachten und schematischen Schnittdarstellungen von Schichten, die das fertige Produkt bilden.

Nachfolgend wird das Verfahren zur Herstellung einer flexiblen gedruckten Schaltung unter gleichzeitiger Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben.
In 1 ist vereinfacht und schematisch ein Teil einer Vorrichtung 10 zum Durchführen eines Verfahrens 500 zur Herstellung einer flexiblen gedruckten Schaltung dargestellt. In 2 sind die Verfahrensschritte in vereinfachten Schnittdarstellungen dargestellt.
Bei dem Verfahren 500 erfolgt zunächst gemäß einem Schritt S501 das Bereitstellen einer ersten folienartigen Klebstoffschicht 12-1, insbesondere einer Klebstoffbahn. Gemäß einem Schritt S502 wird die erste folienartigen Klebstoffschicht 12-1 zwischen einer unbeheizten ersten Walze 14 und einer ein Metall, insbesondere Kupfer übertragenden zweiten Walze 16 bewegt. Die zweite Walze 16 ist dabei einer galvanischen Anlage 18 zugeordnet, was in 1 durch das vereinfacht dargestellte Galvanisierbecken 20 illustriert ist.
Gemäß einem Schritt S503 werden mittels der zweiten Walze 16 Metallleiterbahnen 22 einseitig auf die erste folienartige Klebstoffschicht 12-1 aufgetragen. Die Metallleiterbahnen 22 haften dabei an der nicht erwärmten, ersten folienartigen Klebstoffschicht 12-1 an.
Gemäß einem Schritt S504 erfolgt ein Bereitstellen einer ersten Trägerfolie 24-1 auf derjenigen Seite der ersten folienartigen Klebstoffschicht 12-1, die keine Metallleiterbahnen 22 aufweist. Zur besseren Unterscheidbarkeit ist die erste Trägerfolie 24-1 als gestrichelte Linie dargestellt, auch wenn es sich in der Realität um eine Trägerfolienbahn handelt.
Gemäß einem Schritt S505 erfolgt ein Bereitstellen einer zweiten folienartige Klebstoffschicht 12-2 auf derjenigen Seite der ersten folienartigen Klebstoffschicht 12-1, die Metallleiterbahnen 22 aufweist.
Gemäß einem Schritt S506 erfolgt ein Bereitstellen einer zweiten Trägerfolie 24-2 auf der Seite der zweiten folienartigen Klebstoffschicht 12-2.. Zur besseren Unterscheidbarkeit ist die zweite Trägerfolie 24-2 als gestrichelte Linie dargestellt, auch wenn es sich in der Realität um eine Trägerfolienbahn handelt.
Gemäß einem Schritt S507 werden die erste Trägerfolie 24-1, die erste Klebstoffschicht 12-1 (mit den daran anhaftenden Metallleiterbahnen 22), die zweite Klebstoffschicht 12-2 und die zweite Trägerfolie 24-2 zwischen zwei beheizbare Walzen 26 bewegt. Dabei werden die Trägerfolien 24-1, 24-2 und die Klebstoffschichten 12-1, 12-2 zu einem Laminat 28 verpresst, das die Metallleiterbahnen 22 enthält. Das Laminat 28 enthält bzw. bildet die flexible gedruckte Schaltung 40.
Wie insbesondere aus der 2 ersichtlich ist, entfalten die erste folienartige Klebstoffschicht 12-1 und die zweite folienartige Klebstoffschicht 12-2 ihre klebende Wirkung nur bei Erwärmung, was im Schritt S507 zwischen den beiden beheizbaren Walzen 26 erfolgt. In der zugehörigen Schnittdarstellung von Schritt S507 (ganz unten in Fig, 2) ist ersichtlich, dass die Metallleiterbahnen 22 von den beiden Klebstoffschichten 12-1, 12-2 umgeben bzw. eingegossen sind.
Bei dem Verfahren 500 können die erste Trägerfolie 24-1 oder/und die zweite Trägerfolie 24-2 mit Durchgangsöffnungen 30-1, 30-2 an Positionen versehen werden, an denen die flexible gedruckte Schaltung 40 bei deren späteren Verwendung elektrisch kontaktiert werden soll, insbesondere verlötet werden soll.
Bei dem Verfahren 500 können die Klebstoffschichten 12-1, 12-2 und die Trägerfolien 24-1, 24-2 als jeweilige Bahnen bereitgestellt werden, was insbesondere aus der Darstellung der 1 ersichtlich ist.
Gemäß einem nicht weiter dargestellten Schritt kann bei dem Verfahren 500 das fertige Laminat 28 mit den Metallleiterbahnen 22 in gewünschte gedruckte Schaltungen 40 geschnitten werden.
Durch das oben beschriebene Verfahren 500 wird das Metall, insbesondere Kupfer über einen additiven Prozess direkt auf die folienartige Klebstoffschicht 12-1 aufgebracht bzw. aufgetragen. Die elektrische Schaltung bzw. die Metallleiterbahnen 22 werden somit ähnlich einem Walzenprinzip bei einem Laserdrucker auf die folienartige Klebstoffschicht 12-1 übertragen. Somit ist es nicht erforderlich eine vollflächige Kupferfolie bereitzustellen die anschließend ätzend bearbeitet und abgetragen wird, so dass Ressourcen und Kosten gespart werden können.
Eine gemäß dem oben beschriebenen Verfahren 500 hergestellte flexible gedruckte Schaltung 40 ist ganz unten in 2 gezeigt. Die flexible Schaltung 40 wird insbesondere durch das Laminat 28 gebildet.
Es wird darauf hingewiesen, dass die in den 1 und 2 dargestellten Linienstärken bzw. Dicken der Trägerfolien 24-1, 24-2, der Klebstoffschichten 12-1, 12-2 und der Metallleiter 22 schematisch vereinfacht und nicht maßstabsgerecht sind. Insbesondere können die Trägerfolien 24-1, 24-2 dicker sein als die Klebstoffschichten 12-1, 12-2. Im fertigen Laminat 28 bzw. in der fertigen gedruckten Schaltung 40 können die beiden Klebstoffschichten 12-1, 12-2 auch eine einzige Schicht bilden, in der die Metallleiterbahnen 22 aufgenommen bzw. eingegossen sind.
Eine oder mehrere derartige flexible gedruckte Schaltungen 40 können für ein nicht dargestelltes Batteriesystem für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug eingesetzt werden, wobei das Batteriesystem mehrere Batteriezellen aufweist, die mittels wenigstens einer flexiblen gedruckten Schaltung 40 elektrisch kontaktiert sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2008065069 A1 [0003]
WO 2008142070 A2 [0003]
DE 102014013564 A1 [0003]

Claims

Verfahren (500) zur Herstellung einer flexiblen gedruckten Schaltung (40), umfassend die Schritte: Bereitstellen (S501) einer ersten folienartigen Klebstoffschicht (12-1), insbesondere einer Klebstoffbahn, Bewegen (S502) der ersten folienartigen Klebstoffschicht (12-1) zwischen einer unbeheizten ersten Walze (14) und einer ein Metall, insbesondere Kupfer übertragenden zweiten Walze (16), die einer galvanischen Anlage (18) zugeordnet ist, wobei mittels der zweiten Walze (16) Metallleiterbahnen (22) einseitig auf die erste folienartige Klebstoffschicht (12-1) aufgetragen werden (S503); Bereitstellen (S504) einer ersten Trägerfolie (24-1) auf der Seite der ersten folienartigen Klebstoffschicht (12-1), die keine Metallleiterbahnen (22) aufweist; Bereitstellen (S505) einer zweiten folienartige Klebstoffschicht (12-2) auf der Seite der ersten folienartigen Klebstoffschicht (12-1), die Metallleiterbahnen (22) aufweist; Bereitstellen (S506) einer zweiten Trägerfolie (24-2) auf der Seite der zweiten folienartigen Klebstoffschicht (12-2); Bewegen (S507) der ersten Trägerfolie (24-1), der ersten Klebstoffschicht (12-1), der zweiten Klebstoffschicht (12-2) und der zweiten Trägerfolie (24-2) zwischen zwei beheizbare Walzen (26), wobei die Trägerfolien (24-1, 24-2) und die Klebstoffschichten (12-1, 12-2) zu einem Laminat (28) verpresst werden, das die Metallleiterbahnen (22) enthält.
Verfahren (500) nach Anspruch 1, wobei die erste folienartige Klebstoffschicht (12-1) und die zweite folienartige Klebstoffschicht (12-2) ihre klebende Wirkung nur bei Erwärmung (S507) entfalten.
Verfahren (500) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Trägerfolie (24-1) oder/und die zweite Trägerfolie (24-2) mit Durchgangsöffnungen (30-1, 30-2) an Positionen versehen werden, an denen die flexible gedruckte Schaltung (40) bei deren späteren Verwendung elektrisch kontaktiert werden soll, insbesondere verlötet werden soll.
Verfahren (500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Klebstoffschichten (12-1, 12-2) und die Trägerfolien (24-1, 24-2) als jeweilige Bahnen bereitgestellt werden (S501, S504, S505, S506).
Verfahren (500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das fertige Laminat (28) mit den Metallleiterbahnen (22) in gewünschte gedruckte Schaltungen (40) geschnitten wird.
Flexible gedruckte Schaltung (40), die nach dem Verfahren (500) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt worden ist.
Batteriesystem für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, wobei das Batteriesystem mehrere Batteriezellen aufweist, die mittels wenigstens einer flexiblen gedruckten Schaltung (40) gemäß Anspruch 6 elektrisch kontaktiert sind.