WO2015003763A1 - Verfahren zum aufbringen mindestens einer elektrischen oder elektronischen komponente auf die oberfläche eines objektes - Google Patents

Verfahren zum aufbringen mindestens einer elektrischen oder elektronischen komponente auf die oberfläche eines objektes Download PDF

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WO2015003763A1
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electrical
electronic component
liquid
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component
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PCT/EP2014/001484
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Jan Tremel
Johannes HÖRBER
Thomas Kuhn
Regina WASILEWSKI
René SCHRAMM
Jörg Franke
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Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
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Definitions

  • the invention relates to a method for applying at least one electrical or electronic component, in particular a conductor track or a circuit, to the surface of an object. Furthermore, the invention relates to a structural unit having a base body and at least one electrical or electronic component, in particular an injection-molded circuit carrier, wherein the electrical or electronic component is applied to the surface of the base body with such a method.
  • a molded-plastic interconnect device is an almost arbitrarily shaped injection molded part made of a plastic with an integrated conductor structure, which may contain semiconductor switching elements.
  • functional components such as antennas, switches or push-buttons, connectors, as well as the use of the injection molded part can be realized as a housing or as a shield for electromagnetic compatibility.
  • CONFIRMATION COPY compatibility is an additional benefit as MID circuit carriers are made of recyclable thermoplastics and are therefore not critical to disposal.
  • the integration of functional components reduces the diversity of materials, leading to further cost savings.
  • MI D circuit carrier To complete a MI D circuit carrier, several further steps are usually required after the production of the injection molded part as a substrate for the electrical and / or electronic components. After preparation of the injection molded part by applying conductive adhesive or solder paste, conductor elements can be applied.
  • connections between electrical and / or electronic components and the substrate can preferably be made by soldering.
  • soldering To be able to use classic soldering processes here, high-temperature-resistant thermoplastics are required.
  • Other plastics can with low-melting solder pastes, conductive adhesives or special processes, eg. B. selective soldering, processed.
  • printed conductors can be directly printed on the injection molded part by a conductive ink.
  • a further alternative consists in the application of paste containing conductor particles, in which the conductor particles are fused together by laser irradiation and thus the conductivity is first activated.
  • the invention has for its object to provide a simple method for applying at least one electrical and / or electronic component to the surface of an object, in which the object must be moved as little as possible, and which for all components involved as small a deviation from the Ambient temperature allows. Furthermore, the invention is based on the object, a structural unit with a base body and at least one in the simplest possible way to the surface of the
  • the first object is achieved by a method for applying at least one electrical or electronic component to the surface of an object, wherein the at least one electrical or electronic component is applied to a liquid-soluble carrier substrate, wherein the carrier substrate is disposed on the surface of a liquid, wherein the surface of the liquid on which the carrier substrate is arranged is penetrated by the object, the electrical or electronic component being pressed by the pressure of the liquid surface of the object and being adhesively applied thereby, and the object having the at least one applied electric or electronic device electronic component of the fluid is removed.
  • the invention is based on the surprising finding that the application of one or more electrical and / or electronic components to the surface of an object can take place with the steps of the so-called water transfer printing. This applies in particular to components which, compared to the dimensions of the object, are to be designated as planar or linear, ie whose elevation over the surface of the object after application in relation to the object itself can be largely neglected.
  • Water transfer printing is a surface coating process and can be used to apply a pattern to a surface of an object, particularly an irregularly shaped surface.
  • the pattern is first applied as a color film to a liquid-soluble substrate, in particular printed.
  • the substrate with the pattern is placed on the surface of a liquid dissolving the substrate, and the color film is dissolved with another solvent.
  • the color film floating on the surface of the liquid which remains in its spatial structure, is now immersed in the object to be coated, so that the color film in the form of the pattern adheres to the object.
  • the invention now recognizes in a first step that a desired spatial arrangement of one or more electrical and / or electronic components on the surface of the object can be achieved by applying the or each component to a liquid-soluble carrier substrate.
  • a desired spatial arrangement of one or more electrical and / or electronic components on the surface of the object can be achieved by applying the or each component to a liquid-soluble carrier substrate.
  • necessary spacings for avoiding short circuits or the like can be observed.
  • the arrangement of each component remains intact, even after the carrier substrate has been dissolved, long enough for the or each component to be applied to the surface of the object by immersing the object through the surface of the liquid on which the or each component is floating to apply desired position.
  • the immersion angle and speed are based on the geometry of the object to be loaded as well as the geometry and dimension of the or each component.
  • a substantially planar or linear component which has a certain flexibility in relation to a length dimension, can conform to the surface of the object when the object passes through the liquid surface.
  • the invention recognizes that for a suitable component and for a suitable surface (of the object), the fluid pressure may be sufficient to allow the or each component to submerge or
  • the object or a part thereof is used as a support or a housing for a component with an electrodynamic function, such as e.g. an antenna, a switch or a plug connection, designed so that the assembly with an electrical and / or electronic component produces the functionality of the electrodynamic component.
  • a component with an electrodynamic function such as e.g. an antenna, a switch or a plug connection
  • a water-soluble film in particular e.g. made of polyvinyl alcohol (PVOH), are used.
  • PVOH polyvinyl alcohol
  • the process can be carried out at room temperature. This also makes it possible to carry out the method for equipping a non-heat-resistant object, in particular from monomeric organic or biogenic material.
  • a predicted contact surface ie the surface of the object and / or the or each component, cleaned or freed from fat.
  • a predicted contact surface can be roughened, in particular by sanding, area-wide chemical etching or sandblasting.
  • An anticipated contact surface may also be primed with an adhesion promoting agent.
  • different plastics can be used as adhesion promoters.
  • the adhesion-promoting preparation is performed on the or each component prior to application to the carrier substrate.
  • the surface of the object is cleaned with the at least one applied electrical or electronic component after removal from the liquid.
  • This may prove to be particularly useful if the carrier substrate does not dissolve completely in the liquid, but leaves incompletely loosened residues on the object, which remain after removal of the object from the liquid to this partially adhere.
  • it is preferable to take care not to damage or to remove an adhesively applied component.
  • this Schutz can particularly effectively protect an adhesively applied component from damage in the use of the object, particularly when stresses may occur on use of the object at the surface where application may not be solely due to adhesion between a component and the surface of the object sufficient.
  • a film is applied to the liquid-soluble carrier substrate, on which the at least one electrical or electronic component is arranged.
  • the film may be formed as a color film with a pattern. This allows the application of a functional component together with a decorative element in the same work step, which saves working time and production costs.
  • an activator is introduced between the at least one electrical or electronic component and the surface of the object, which activates the at least one electrical or electronic component on at least one surface and / or the surface of the three-dimensional object.
  • the dissolution of one or more intended contact surfaces may increase the adhesion between a component and the surface of the object.
  • a decorative color film is to be applied to the surface of the object.
  • the color film can be pre-dissolved by means such as e.g. Require methyl isobutyl ketone.
  • an electrical or electronic component is applied as at least one track of conductive ink on the carrier substrate.
  • a conductive ink can not be applied at any angle to gravity on an object.
  • applying conductive ink to a desired track on the surface may require the object to be moved in a complex three-dimensional manner.
  • the conductive ink is previously applied to a carrier substrate, then only a two-dimensional movement of the ink jet over a plane is necessary therefor.
  • a formed of conductive ink electrical or electronic component can be particularly well adapted to the surface of the object to be equipped in the above-described method.
  • the conductive ink may be dissolved by a solvent just prior to contact with the surface of the object, which enhances adhesion to the object.
  • an electrical or electronic component is applied as at least one conductor track on the carrier substrate.
  • the conductor can be made of an easily bendable conductor.
  • the hydrostatic pressure of the liquid which has been submerged presses the conductor track, without any further measures being necessary, to the desired location of the surface of the object.
  • an electrical or electronic component is applied as at least one semiconductor component to the carrier substrate.
  • This may preferably be a transistor, a semiconductor relay, a diode, in particular a photodiode or a light-emitting diode, or a solar cell.
  • a diode in particular a photodiode or a light-emitting diode, or a solar cell.
  • This allows a particularly simple method to apply to a surface with a complex geometry by switching current or light incidence switchable or light-emitting or by incident light stream for further applications generating elements.
  • light-emitting diodes together with power connections and a color film can be applied to curved surfaces of a vehicle part, for example a spoiler or the like, and thus implement lighting and decorative enhancement in one work step.
  • an electrical or electronic component is applied as at least one circuit to the carrier substrate. This allows for easy fabrication of microchips whose intended use requires non-planar geometry. This may for example be the case in cylindrical medical sensors. It also proves to be advantageous if an electrical or electronic component is applied as at least one RFID transponder on the carrier substrate.
  • an electrical or electronic component is applied as at least one RFID transponder on the carrier substrate.
  • POVH can be used as the carrier substrate, so that the process can be carried out at room temperature.
  • an RFID transponder can also be applied to a living object, in particular to a human being. In this case, the RFID transponder can preferably still be fixed after application with a protective layer designed as a film or plaster.
  • the method for applying an RFID transponder can also be used in the observation or monitoring of animals, in particular in grazing.
  • the second object is achieved by a structural unit with a base body and with at least one electrical or electronic component, wherein the electrical or electronic component is applied to the surface of the base body with the above-described method.
  • the structural unit is preferably designed as a spatially injection-molded circuit carrier.
  • the above-described method is particularly efficient for equipping a main body designed as an injection molded part with conductor and / or switching elements for constructing a MID circuit carrier.
  • Fig. 2 shows a structural unit with an applied electrical component in a schematic representation.
  • Fig. 1 an embodiment of the method is shown in a flow chart. Rectangles each symbolize a material component, diamonds each represent a process step.
  • An electric, electronic or electromagnetic component 1 which in the exemplary embodiment is designed as a conductor track 2 welded into a thin plastic material, is subjected to a cleaning process 5 in order to strengthen the adhesion capability 4 in order to rid the surface of possible dust or engine grease.
  • the welded-in and cleaned conductor 2 is then applied to a carrier substrate 6 made of POVH.
  • the priming step 9 the surface of the injection molded part 8 is coated with a fine-pored plastic.
  • the carrier substrate 6 with the printed conductor 2 applied is applied to a surface 10 of a liquid, in this case water.
  • a liquid in this case water.
  • the carrier substrate 6, on which the conductor track 2 is arranged is released.
  • the carrier substrate 6 and the applied conductor 2 are sprayed with an activator 12, which slightly dissolves the plastic surrounding the conductor 2.
  • Dipping step 14 the surface 0 of the water on which, at a predetermined position by the carrier substrate 6, the conductor 2 floatingly arranged is.
  • the injection-molded part 8 presses the conductor 2 under water, and due to the water pressure, the conductor 2 is adhesively applied to the injection molded part 8 due to the adhesion-enhancing preparation 4 of the intended contact surfaces. Subsequently, the injection molded part 8 is removed with applied trace 2 the water.
  • a cleaning step 16 residues of the incompletely dissolved carrier substrate 6 are removed from the surface of the injection molded part 8 on which the printed conductor 2 is applied, after removal of the injection molded part 8 from the water. Subsequently, to better fix the conductor 2 on the surface of the injection molded part 8, the surface is coated with a protective layer 18 of clearcoat, so that the assembly of the assembly 20, which is formed in the embodiment as a spatial injection-molded circuit carrier completed.
  • FIG. 2 schematically shows a structural unit 20 with an object 7 embodied as an injection molded part 8.
  • an object 7 embodied as an injection molded part 8.
  • a conductor 2 is applied according to the method described above, which follows the curvature of the surface of the injection-molded part 8.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Aufbringen mindestens einer elektrischen oder elektronischen Komponente (1) auf die Oberfläche eines Objektes (7) genannt, wobei die mindestens eine elektrische oder elektronische Komponente (1) auf ein flüssigkeitslösliches Trägersubstrat (6) aufgebracht wird, wobei das Trägersubstrat (6) auf der Oberfläche (10) einer Flüssigkeit angeordnet wird, wobei die Oberfläche (10) der Flüssigkeit, auf welcher das Trägersubstrat (6) angeordnet ist, vom Objekt (7) durchtaucht wird, wobei die elektrische oder elektronische Komponente (1) durch den Druck der Flüssigkeit an die Oberfläche des Objektes (7) gepresst wird und hierdurch haftend aufgebracht wird, und wobei das Objekt (7) mit der mindestens einen aufgebrachten elektrischen oder elektronischen Komponente (1) der Flüssigkeit entnommen wird. Weiter wird eine Baueinheit (20) mit einem Grundkörper (8) und mit mindestens einer elektrischen oder elektronischen Komponente (1) genannt, wobei die elektrische oder elektronische Komponente (1) mit einem derartigen auf die Oberfläche des Grundkörpers (8) aufgebracht ist.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Aufbringen mindestens einer elektrischen oder elektronischen Komponente auf die Oberfläche eines Objektes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen mindestens einer elektrischen oder elektronischen Komponente, insbesondere einer Leiterbahn oder eines Schaltkreises, auf die Oberfläche eines Objektes. Weiter betrifft die Erfindung eine Baueinheit mit einem Grundkörper und mindestens einer elektrischen oder elektronischen Komponente, insbesondere einen spritzgegossenen Schaltungsträger, wobei die elektrische oder elektronische Komponente mit einem derartigen Verfahren auf die Oberfläche des Grundkörpers aufgebracht ist.
Eine räumlicher spritzgegossener Schaltungsträger (engl. Molded Interconnect Device, MID) ist ein nahezu beliebig geformtes Spritzgussteil aus einem Kunststoff mit einer integrierten Leiterstruktur, welche Halbleiterschaltelemente enthalten kann. Durch direkte stoffliche Integration können funktionale Komponenten wie Antennen, Schalter- bzw. Tastelemente, Steckverbinder, sowie die Verwendung des Spritzgussteils als ein Gehäuse oder als eine Abschirmung zur elektromagnetischen Verträglichkeit realisiert werden.
Durch die hohe Gestaltungsfreiheit für einen MID-Schaltungsträger bieten sich Rationalisierungspotentiale, da elektrische und/oder elektronische Baugruppen direkt auf dem Schaltungsträger integriert werden können und nicht gesondert gefertigt und nachträglich aufgesetzt werden müssen. Aufgrund der Einsparung mechanischer Bauteile wird die Montage vereinfacht und dadurch die Zuverlässigkeit erhöht. Überdies werden Prozessketten in der Produktion verkürzt. Zudem können wirtschaftliche Vorteile durch einen geringeren Materialverbrauch und eine reduzierte Anzahl an Montageschritten erzielt werden. Der Aspekt der Umweltver-
BESTÄTIGUNGSKOPIE träglichkeit ist ein zusätzlicher Nutzen, da MID-Schaltungsträger aus wiederverwertbaren Thermoplasten hergestellt werden und somit unkritisch bei der Entsorgung sind. Überdies wird durch die Integration funktionaler Komponenten die Werkstoffvielfalt reduziert, was zu weiteren Kosteneinsparungen führt.
Zur Komplettierung eines MI D-Schaltungsträgers sind nach der Fertigung des Spritzgussteils als Substrat für die elektrischen und/oder elektronischen Komponenten in der Regel mehrere weitere Arbeitsschritte erforderlich. Nach einer Vorbereitung des Spritzgussteils durch das Auftragen von Leitkleber oder Lötpaste können Leiterelemente aufgebracht werden.
Auf das Bestücken des Spritzgussteils mit Leiter- und/oder Schaltelementen folgt die Herstellung der Verbindungen zwischen elektrischen und/oder elektronischen Komponenten und dem Substrat. Diese Verbindungen können vorzugsweise durch Löten erfolgen. Um hier klassische Lötverfahren einsetzen zu können, sind hochtemperaturbeständige Thermoplaste erforderlich. Andere Kunststoffe können mit niedrigschmelzenden Lötpasten, Leitklebstoffen oder Sonderverfahren, z. B. selektivem Löten, verarbeitet werden. Alternativ können Leiterbahnen direkt durch eine leitfähige Tinte auf das Spritzgussteil aufgedruckt werden. Eine weitere Alternative besteht im Auftragen von Leiterpartikel enthaltender Paste, in welcher die Leiterpartikel durch Laserbestrahlung miteinander verschmolzen werden und somit die Leitfähigkeit erst aktiviert wird.
Für die genannten Verfahren zum Aufbringen der elektrischen und/oder elektronischen Komponenten sind aufgrund einer möglichen geometrischen Komplexität des Spritzgussteils in der Regel Automaten mit einer erweiterten Kinematik erforderlich. Beispielsweise können zusätzliche Drehachsen in der Werkstückhandhabung oder der Einsatz flexibler Werkzeuge notwendig sein. Die Maschinenkomplexität und die damit verbundenen Kosten in der Anschaffung der Anlagen führen dazu, dass im Produktionsprozess meist nur sehr wenige MID-Schaltungsträger, oftmals nur ein einziger, gleichzeitig behandelt werden können, was die vollständige Fertigung erheblich verlangsamt. Überdies ergeben sich aus der vergleichbaren Komplexität der genannten Verfahren besondere Anforderungen an die Materialeigenschaften einzelner Komponenten, wie z. B. eine hohe Adhäsionsfähigkeit, Resistenz gegen die bei Lötvorgängen auftretenden Temperaturen oder eine durch Erhitzen oder Laserbestrahlung kontrolliert aktivierbare Leitfähigkeit. Diese Anforderungen wirken sich nachteilig auf die Materialkosten aus. Unter dem Gesichtspunkt einer Kosten- und Zeitersparnis ist daher eine Vereinfachung des Verfahrens zum Aufbringen der elektrischen und/oder elektronischen Komponenten wünschenswert. Überdies ist ein Verfahren erstrebenswert, welches ohne Lötvorgänge auskommt, da somit als Substrat der Leiter- und Schaltungselemente auch Schaltungsträger aus nicht hitzebeständigen Materialien verwendet werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein möglichst einfaches Verfahren zum Aufbringen mindestens einer elektrischen und/oder elektronischen Komponente auf die Oberfläche eines Objektes anzugeben, bei welchem das Objekt möglichst wenig bewegt werden muss, und welches für alle beteiligten Komponenten eine möglichst geringe Abweichung von der Umgebungstemperatur ermöglicht. Weiter liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Baueinheit mit einem Grundkörper und mindestens einer in möglichst einfacher Weise auf die Oberfläche des
Grundkörpers aufgebrachten elektrischen und/oder elektronischen Komponente anzugeben.
Die erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Aufbringen mindestens einer elektrischen oder elektronischen Komponente auf die Oberfläche eines Objektes, wobei die mindestens eine elektrische oder elektronische Komponente auf ein flüssigkeitslösliches Trägersubstrat aufgebracht wird, wobei das Trägersubstrat auf der Oberfläche einer Flüssigkeit angeordnet wird, wobei die Oberfläche der Flüssigkeit, auf welcher das Trägersubstrat angeordnet ist, vom Objekt durchtaucht wird, wobei die elektrische oder elektronische Komponente durch den Druck der Flüssigkeit Oberfläche des Objektes gepresst wird und hierdurch haftend aufgebracht wird, und wobei das Objekt mit der mindestens einen aufgebrachten elektrischen oder elektronischen Komponente der Flüssigkeit entnommen wird. Der Erfindung liegt hierbei die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass das Aufbringen einer oder mehrerer elektrischer und/oder elektronischer Komponenten auf die Oberfläche eines Objektes mit den Schritten des sogenannten Wassertransferdruckes erfolgen kann. Insbesondere gilt dies für Komponenten, die verglichen mit den Dimensionen des Objektes als planar oder linienförmig zu bezeichnen sind, d.h., deren Erhebung über die Oberfläche des Objektes nach dem Aufbringen im Verhältnis zum Objekt selbst weitgehend vernachlässigt werden kann.
Der Wassertransferdruck ist ein Oberflächenbeschichtungsverfahren und kann dazu verwendet werden, um ein Muster auf eine Oberfläche eines Objektes, insbesondere auf eine unregelmäßig geformte Oberfläche, aufzubringen. Das Muster wird hierbei zunächst als ein Farbfilm auf ein flüssigkeitslösliches Substrat aufgebracht, insbesondere gedruckt. Anschließend wird das Substrat mit dem Muster auf die Oberfläche einer das Substrat auflösenden Flüssigkeit gelegt, und der Farbfilm mit einem weiteren Lösungsmittel angelöst. Der auf der Oberfläche der Flüssigkeit schwimmende Farbfilm, welcher in seiner räumlichen Struktur erhalten bleibt, wird nun vom zu beschichtenden Objekt durchtaucht, so dass der Farbfilm in der Form des Musters auf dem Objekt anhaftet.
Die Erfindung erkennt nun in einem ersten Schritt, dass eine gewünschte räumliche Anordnung einer oder mehrerer elektrischer und/oder elektronischer Komponenten auf der Oberfläche des Objektes dadurch erreicht werden kann, dass die oder jede Komponente auf ein flüssigkeitslösliches Trägersubstrat aufgebracht wird. Insbesondere können bei mehreren derartigen Komponenten notwendige Beabstandungen zur Vermeidung von Kurzschlüssen o.a. eingehalten werden. Die Anordnung einer jeden Komponente bleibt dabei auch nach der Auflösung des Trägersubstrates lange genug intakt, um die oder jede Komponente mittels Durchtauchen des Objektes durch die Oberfläche der Flüssigkeit, auf welcher die oder jede Komponente schwimmend angeordnet sind, auf die Oberfläche des Objektes an der jeweils gewünschten Position aufzubringen. Eintauchwinkel und - geschwindigkeit sind hierbei auf die Geometrie des zu bestückenden Objektes sowie die Geometrie und Abmessung der oder jeder Komponente abzustimmen. Insbesondere kann eine im Wesentlichen planare oder linienförmige Komponente, welche bezogen auf eine Längenabmessung eine gewisse Flexibilität aufweist, sich beim Durchtauchen des Objektes durch die Flüssigkeitsoberfläche an die Oberfläche des Objektes anschmiegen.
In einem zweiten Schritt erkennt die Erfindung, dass für eine geeignete Komponente und für eine geeignete Oberfläche (des Objektes) der Flüssigkeitsdruck ausreichen kann, um die oder jede Komponente beim Eintauchen bzw.
Durchtauchen des Objektes so gegen dessen Oberfläche zu pressen, dass durch eine Adhäsion eine ausreichende Haftung entsteht, welche dafür sorgt, dass die oder jede Komponente auch nach dem Entfernen des Objektes aus der Flüssigkeit an dessen Oberfläche an der gewünschten Stelle aufgebracht bleibt. Insbesondere können sich hierbei Reste des nicht vollständig aufgelösten Trägersubstrates als adhäsionsverstärkend erweisen.
Vorteilhafterweise ist hierbei das Objekt oder ein Teil davon als ein Träger oder ein Gehäuse für ein Bauteil mit einer elektrodynamischen Funktion, wie z.B. eine Antenne, ein Schalter oder eine Steckverbindung, ausgebildet, so dass die Bestückung mit einer elektrischen und/oder elektronischen Komponente die Funktionsfähigkeit des elektrodynamischen Bauteils herstellt.
Bevorzugt kann als ein Trägersubstrat eine wasserlösliche Folie, insbesondere z.B. aus Polyvinylalkohol (PVOH), eingesetzt werden. Somit kann als zu
durchtauchende, das Trägersubstrat lösende Flüssigkeit Wasser verwendet werden. Ein besonderer Vorteil dieser Auswahl ist hierbei die geringe chemische Belastung durch das Trägersubstrat, Lösemittel, oder gelöste Rückstände. Überdies kann das Verfahren im Fall von PVOH bei Raumtemperatur durchgeführt werden. Dies ermöglicht es auch, das Verfahren zum Bestücken eines nicht hitzebeständigen Objektes, insbesondere aus monomerem organischen oder aus biogenem Material, durchzuführen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Oberfläche des Objektes und/oder die mindestens eine elektrische oder elektronische Komponente vor dem
Durchtauchen der Flüssigkeit adhäsionsverstärkend vorbereitet. Hierdurch kann die Haftung der oder jeder Komponente an der Oberfläche des Objektes verstärkt werden. Insbesondere kann hierzu eine vorhergesehene Kontaktfläche, also die Oberfläche des Objektes und/oder der oder jeder Komponente, gereinigt oder von Fett befreit werden. Bevorzugt kann eine vorhergesehene Kontaktfläche insbesondere durch Anschleifen, flächendeckende chemische Anätzung oder Sandstrahlen angeraut werden. Eine vorhergesehene Kontaktfläche kann auch mit einem haftverstärkenden Mittel grundiert werden. Als Haftvermittler können wiederum unterschiedliche Kunststoffe eingesetzt werden. Bevorzugt wird die adhäsi- onsverstärkende Vorbereitung an der oder jeder Komponente vor dem Aufbringen auf das Trägersubstrat durchgeführt.
Günstigerweise wird die Oberfläche des Objektes mit der mindestens einen aufgebrachten elektrischen oder elektronischen Komponente nach der Entnahme aus der Flüssigkeit gereinigt. Dies kann sich insbesondere als sinnvoll erweisen, wenn das Trägersubstrat sich nicht vollständig in der Flüssigkeit löst, sondern unvollständig angelöste Reste am Objekt hinterlässt, welche nach Entnahme des Objektes aus der Flüssigkeit an diesem teilweise haften bleiben. Bevorzugt ist bei der Reinigung der Oberfläche des Objektes darauf zu achten, eine haftend aufgebrachte Komponente nicht zu beschädigen oder zu entfernen.
Als zweckmäßig erweist es sich, wenn die Oberfläche des Objektes mit der mindestens einen aufgebrachten elektrischen oder elektronischen Komponente nach der Entnahme aus der Flüssigkeit und/oder nach dem Reinigungsvorgang mit einer Schutzschicht fixiert wird. Bevorzugt kann diese Schutzschickt einen Lack oder eine flexible Folie umfassen. Eine derartige Schutzschicht kann eine haftend aufgebrachte Komponente besonders wirksam vor Beschädigungen im Gebrauch des Objektes schützen, insbesondere, wenn beim Gebrauch des Objekts an der Oberfläche Belastungen auftreten können, bei welchen ein Aufbringen allein durch eine Haftung zwischen einer Komponente und der Oberfläche des Objektes möglicherweise nicht ausreicht. In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung wird auf das flüssigkeitslösliche Trägersubstrat ein Film aufgetragen, auf weichen die mindestens eine elektrische oder elektronische Komponente angeordnet wird. Bevorzugt kann dabei der Film als ein Farbfilm mit einem Muster ausgebildet sein. Dies ermöglicht das Aufbringen einer funktionalen Komponente zusammen mit einem dekorativen Element im selben Arbeitsschritt, was Arbeitszeit und Produktionskosten einspart.
Bevorzugt wird zwischen die mindestens eine elektrische oder elektronische Komponente und die Oberfläche des Objektes ein Aktivator eingebracht, welcher die mindestens eine elektrische oder elektronische Komponente an mindestens einer Oberfläche und/oder die Oberfläche des dreidimensionalen Objektes anlöst. Das Anlösen einer oder mehrerer vorgesehener Kontaktflächen kann die Haftung zwischen einer Komponente und der Oberfläche des Objektes erhöhen. Insbesondere kann dies von Vorteil sein, wenn zusammen mit der oder jeder elektrischen oder elektronischen Komponente auch ein dekorativer Farbfilm auf die Oberfläche des Objektes aufgebracht werden soll. In diesem Fall kann der Farbfilm ein vorheriges Anlösen durch ein Mittel wie z.B. Methylisobutylketon erfordern. Durch ein flächendeckendes Auftragen eines derartigen Lösemittels auf einen auf dem Trägersubstrat aufgebrachten Farbfilm und die oder jede darauf angeordnete Komponente kann die Oberfläche des Objektes beim Eintritt in die Flüssigkeit vom Lösemittel benetzt und somit die Adhäsion der oder jeder Komponente verbessert werden.
Zweckmäßigerweise ist eine elektrische oder elektronische Komponente als mindestens eine Spur aus leitfähiger Tinte auf das Trägersubstrat aufgebracht. Aus fluiddynamischen Gründen kann eine leitfähige Tinte nicht in beliebigem Winkel zur Schwerkraft auf ein Objekt aufgebracht werden. Insbesondere bei einem Objekt mit einer komplexen Oberflächengeometrie kann deshalb das Aufbringen von leitfähiger Tinte auf eine gewünschte Spur an der Oberfläche erfordern, dass das Objekt in komplexer Weise dreidimensional zu bewegen ist. Wird die leitfähige Tinte stattdessen zuvor auf ein Trägersubstrat aufgebracht, so ist hierfür nur eine zweidimensionale Bewegung des Tintenstrahls über eine Ebene notwendig. Eine aus leitfähiger Tinte ausgebildete elektrische oder elektronische Komponente kann sich im vorbeschriebenen Verfahren besonders gut an die Oberfläche des zu bestückenden Objektes anpassen. Insbesondere kann die leitfähige Tinte direkt vor dem Kontakt mit der Oberfläche des Objektes durch ein Lösemittel angelöst werden, was die Haftung am Objekt verstärkt.
Günstigerweise ist eine elektrische oder elektronische Komponente als mindestens eine Leiterbahn auf das Trägersubstrat aufgebracht. Durch die im Verhältnis zu den Abmessungen des Objektes im Wesentlichen linienförmige Geometrie der Leiterbahn kann sich diese gut an die Oberfläche des Objektes anpassen. Insbesondere kann hierbei die Leiterbahn aus einem leicht biegbaren Leiter gefertigt sein. Hierdurch presst der hydrostatische Druck der durchtauchten Flüssigkeit die Leiterbahn, ohne dass weitere Maßnahmen notwendig wären, an die gewünschte Stelle der Oberfläche des Objektes.
Vorteilhafterweise ist eine elektrische oder elektronische Komponente als mindestens ein Halbleiter-Bauelement auf das Trägersubstrat aufgebracht. Bevorzugt kann es sich hierbei um einen Transistor, ein Halbleiterrelais, eine Diode, insbesondere eine Photodiode oder eine Leuchtdiode, oder eine Solarzelle handeln. Dies ermöglicht eine besonders einfache Methode, auf eine Oberfläche mit einer komplexen Geometrie durch Strom oder Lichteinfall schaltbare oder Licht emittierende oder durch Lichteinfall Strom für weitere Anwendungen erzeugende Elemente aufzubringen. Insbesondere kann man hierbei Leuchtdioden gemeinsam mit Stromverbindungen und einem Farbfilm auf gekrümmte Flächen von einem Fahrzeugteil, beispielsweise einem Spoiler oder dergleichen, aufbringen, und somit eine Beleuchtung und dekorative Aufwertung in einem Arbeitsschritt implementieren.
Weiter kann es vorteilhaft sein, wenn eine elektrische oder elektronische Komponente als mindestens ein Schaltkreis auf das Trägersubstrat aufgebracht ist. Dies erlaubt eine einfache Herstellung von Mikrochips, deren vorhergesehene Verwendung eine nichtplanare Geometrie erfordert. Dies kann beispielsweise in zylinderförmigen medizinischen Sensoren der Fall sein. Es erweist sich weiter als günstig, wenn eine elektrische oder elektronische Komponente als mindestens ein RFID-Transponder auf das Trägersubstrat aufgebracht ist. Insbesondere kann hierbei als Trägersubstrat POVH eingesetzt werden, so dass das Verfahren bei Raumtemperatur durchgeführt werden kann. In diesem Fall kann ein RFID-Transponder auch auf ein lebendiges Objekt, insbesondere auf einen Menschen, aufgebracht werden. Bevorzugt kann hierbei der RFID-Transponder nach dem Aufbringen noch mit einer als Folie oder Pflaster ausgebildeten Schutzschicht fixiert werden. Dies kann z.B. bei Katastrophen von Nutzen sein, wenn in kurzer Zeit mit möglichst geringem Aufwand möglichst viele Personen zu identifizieren sind. Der größte Vorteil gegenüber einem nur durch ein Pflaster fixierten RFID-Transponder besteht dann in der fortbestehenden Haftung des RFID-Transponders auch nach einem möglichen Verlust des Pflasters, was gerade in Katastrophensituationen mit einzukalkulieren ist. Bevorzugt kann das Verfahren zum Aufbringen eines RFID-Transponders auch bei der Beobachtung oder Überwachung von Tieren, insbesondere in der Weidewirtschaft, verwendet werden.
Die zweitgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Baueinheit mit einem Grundkörper und mit mindestens einer elektrischen oder elektronischen Komponente, wobei die elektrische oder elektronische Komponente mit dem vorbeschriebenen Verfahren auf die Oberfläche des Grundkörpers aufgebracht ist. Die für das Verfahren und seine Ausgestaltungen angegebenen Vorteile können hierbei sinngemäß auf die Baueinheit und ihre Weiterbildungen übertragen werden.
Bevorzugt ist hierbei die Baueinheit als räumlicher spritzgegossener Schaltungsträger ausgebildet. Das vorbeschriebene Verfahren ist besonders effizient zum Bestücken eines als Spritzgussteil ausgebildeten Grundkörpers mit Leiterund/oder Schaltelementen zur Konstruktion eines MID-Schaltungsträgers.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen: Fig.1 ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens als Flussdiagram, und
Fig. 2 eine Baueinheit mit einer aufgebrachten elektrischen Komponente in schematischer Darstellung.
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens in einem Flussdiagramm dargestellt. Rechtecke symbolisieren hierbei jeweils eine Materialkomponente, Rauten repräsentieren jeweils einen Verfahrensschritt.
Eine elektrische, elektronische oder elektromagnetische Komponente 1 , welche im Ausführungsbeispiel als eine in einen dünnen Kunststoff eingeschweißte Leiterbahn 2 ausgebildet ist, wird zur Verstärkung der Adhäsionsfähigkeit 4 einem Reinigungsprozess 5 unterzogen, um die Oberfläche von möglichem Staub oder Maschinenfett zu befreien. Die eingeschweißte und gereinigte Leiterbahn 2 wird anschließend auf ein Trägersubstrat 6 aus POVH aufgebracht.
Ein bereits hergestelltes Objekt 7, welches hier als Spritzgussteil 8 ausgebildet ist, wird zur Verstärkung der Adhäsionsfähigkeit 4 einem Grundierungsschritt 9 unterzogen. Im Ausführungsbeispiel wird beim Grundierungsschritt 9 die Oberfläche des Spritzgussteils 8 mit einem feinporigen Kunststoff beschichtet. Bevor die ad- häsionsverstärkende Wirkung des Grundierungsschrittes 9 nachlässt, wird das Trägersubstrat 6 mit aufgebrachter Leiterbahn 2 auf eine Oberfläche 10 einer Flüssigkeit, in diesem Falle Wasser, aufgebracht. Hierdurch löst sich das Trägersubstrat 6, auf welchem die Leiterbahn 2 angeordnet ist, auf. Noch während der Auflösung des Trägersubstrates 6 werden das Trägersubstrat 6 und die aufgebrachte Leiterbahn 2 mit einem Aktivator 12 besprüht, weicher den die Leiterbahn 2 umgebenden Kunststoff leicht anlöst.
Nachdem das Trägersubstrat 6 bis auf das Verfahren nicht beeinträchtigende Rückstände im Wasser gelöst ist, durchtaucht das Spritzgussteil 8 in einem
Tauchschritt 14 die Oberfläche 0 des Wassers, auf der, an einer durch das Trägersubstrat 6 vorbestimmten Position, die Leiterbahn 2 schwimmend angeordnet ist. Das Spritzgussteil 8 drückt die Leiterbahn 2 unter Wasser, und durch den Wasserdruck wird aufgrund der adhäsionsverstärkenden Vorbereitung 4 der vorgesehenen Kontaktflächen die Leiterbahn 2 haftend auf das Spritzgussteil 8 aufgebracht. Anschließend wird das Spritzgussteil 8 mit aufgebrachter Leiterbahn 2 dem Wasser entnommen.
In einem Reinigungsschritt 16 werden nach Entnahme des Spritzgussteils 8 aus dem Wasser mögliche Rückstände des nicht vollständig aufgelösten Trägersubstrates 6 von der Oberfläche des Spritzgussteils 8, auf der die Leiterbahn 2 aufgebracht ist, entfernt. Anschließend wird zur besseren Fixierung der Leiterbahn 2 auf der Oberfläche des Spritzgussteils 8 die Oberfläche mit einer Schutzschicht 18 aus Klarlack überzogen, so dass die Bestückung der Baueinheit 20, welche im Ausführungsbeispiel als ein räumlicher spritzgegossener Schaltungsträger ausgebildet ist, abgeschlossen ist.
In Fig. 2 ist schematisch eine Baueinheit 20 mit einem als Spritzgussteil 8 ausgebildeten Objekt 7 dargestellt. Auf der Oberfläche des Spritzgussteils 8 ist eine Leiterbahn 2 nach dem vorbeschriebenen Verfahren aufgebracht, welche der Krümmung der Oberfläche des Spritzgussteils 8 folgt.
Bezugszeichenliste
1 elektrische oder elektronische Komponente
2 Leiterbahn
4 adhäsionsverstärkende Vorbereitung
5 Reinigungsschritt
6 Trägersubstrat
7 Objekt
8 als Spritzgussteil ausgebildeter Grundkörper
9 Grundierungsschritt
10 Flüssigkeitsoberfläche
12 Aktivator
14 Tauchschritt
16 Reinigungsschritt
18 Schutzschicht
20 Baueinheit

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Aufbringen mindestens einer elektrischen oder elektronischen Komponente (1 ) auf die Oberfläche eines Objektes (7), wobei die mindestens eine elektrische oder elektronische Komponente (1 ) auf ein flüssigkeitslösliches Trägersubstrat (6) aufgebracht wird, wobei das Trägersubstrat (6) auf der Oberfläche (10) einer Flüssigkeit angeordnet wird, wobei die Oberfläche (10) der Flüssigkeit, auf welcher das Trägersubstrat (6) angeordnet ist, vom Objekt (7) durchtaucht wird, wobei die elektrische oder elektronische Komponente (1) durch den Druck der Flüssigkeit an die Oberfläche des Objektes (7) gepresst wird und hierdurch haftend aufgebracht wird, und wobei das Objekt (7) mit der mindestens einen aufgebrachten elektrischen oder elektronischen Komponente (1 ) der Flüssigkeit entnommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
wobei die Oberfläche des Objektes (7) und/oder die mindestens eine elektrische oder elektronische Komponente (1 ) vor dem Durchtauchen der Flüssigkeit adhäsionsverstärkend vorbereitet (4, 5, 9) wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2,
wobei die Oberfläche des Objektes (7) mit der mindestens einen aufgebrachten elektrischen oder elektronischen Komponente (1 ) nach der Entnahme aus der Flüssigkeit gereinigt (16) wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Oberfläche des Objektes (7) mit der mindestens einen aufgebrachten elektrischen oder elektronischen Komponente (1 ) nach der Ent- nähme aus der Flüssigkeit und/oder nach dem Reinigungsvorgang (16) mit einer Schutzschicht (18) fixiert wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei auf das flüssigkeitslösliche Trägersubstrat (6) ein Film aufgetragen wird, auf welchem die mindestens eine elektrische oder elektronische Komponente (1 ) angeordnet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei zwischen die mindestens eine elektrische oder elektronische Komponente (1 ) und die Oberfläche des Objektes (7) ein Aktivator (12) eingebracht wird, welcher die mindestens eine elektrische oder elektronische Komponente (1 ) an mindestens einer Oberfläche und/oder die Oberfläche des Objektes (7) anlöst.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei eine elektrische oder elektronische Komponente (1 ) als mindestens eine Spur aus einer leitfähigen Tinte auf das Trägersubstrat (6) aufgebracht ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei eine elektrische oder elektronische Komponente (1) als mindestens eine Leiterbahn (2) auf das Trägersubstrat (6) aufgebracht ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei eine elektrische oder elektronische Komponente (1 ) als mindestens ein Halbleiter-Bauelement auf das Trägersubstrat (6) aufgebracht ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei eine elektrische oder elektronische Komponente (1 ) als mindestens ein Schaltkreis auf das Trägersubstrat (6) aufgebracht ist.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei eine elektrische oder elektronische Komponente (1 ) als mindestens ein RFI D-Transponder auf das Trägersubstrat (6) aufgebracht ist.
12. Baueinheit (20) mit einem Grundkörper (8) und mit mindestens einer elektrischen oder elektronischen Komponente (1 ), wobei die elektrische oder elektronische Komponente(l ) mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auf die Oberfläche des Grundkörpers (8) aufgebracht ist.
13. Baueinheit (20) nach Anspruch 12, die als ein räumlicher spritzgegossener Schaltungsträger ausgebildet ist.
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