EBERHARDT, Wolfgang (Erlkönigstr. 16, Stuttgart, 70563, DE)
MAYER, Volker (Schloßhofstr. 5, Rechberghausen, 73098, DE)
KÜCK, Heinz (Thomas-Münzer-Weg 43, Stuttgart, 70437, DE)
EBERHARDT, Wolfgang (Erlkönigstr. 16, Stuttgart, 70563, DE)
MAYER, Volker (Schloßhofstr. 5, Rechberghausen, 73098, DE)
| Patentansprüche 1. Verfahren (100) zur Herstellung eines Verbundbauteils mit folgenden Schritten: Versehen (1 10) eines Bauteils (260; 310) oder eines Teilbereichs eines Bauteils (260; 310) mit einer Haftschicht (320), die eine mikroraue Oberfläche mit Hinterschnitten (330) aufweist, wobei die Hinterschnitte (330) ausgelegt sind, um von einem flüssigen aushärtbaren Material (340) hinterflossen zu werden; und In-Kontakt-bringen (120) der mikrorauen Oberflächen mit dem flüssigen aushärtbaren Material (340), so dass das flüssige aushärtbare Material (340) die Hinterschnitte (330) hinterfließt. 2. Verfahren (100) gemäß Anspruch 1, bei dem das Versehen (1 10) des Bauteils (260; 310) oder des Teilbereichs des Bauteils (260; 310) mit der Haftschicht (320) so erfolgt, dass die mikroraue Oberfläche der Haftschicht (320) blumenkohlartig ausgebildet ist. 3. Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem bei dem Versehen (110) des Bauteils (260; 310) oder des Teilbereichs des Bauteils (260; 310) mit der Haftschicht (320) die Hinterschnitte (330) durch abgeschiedene Kupferdendriten erzeugt werden. 4. Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Bauteil (260; 310) ein elektrisch nicht leitfähiges Material aufweist, und das ferner den folgenden Schritt umfasst: Aufbringen einer elektrisch leitfähigen Schicht auf das Bauteils (260; 310) oder einen Teilbereich des Bauteils (260; 310). 5. Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, das ferner den folgenden Schritt umfasst: Oxidation der mikrorauen Oberfläche der Haftschicht (320). 6. Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die mikroraue Oberfläche mit dem flüssigen aushärtbarem Material (340) umspritzt oder umströmt wird, um die mikroraue Oberfläche mit dem flüssigen aushärtbaren Material (340) in Kontakt zu bringen. 7. Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, das ferner den folgenden Schritt aufweist: Aushärten (130) des flüssigen aushärtbaren Materials (340). 8. Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das flüssige aushärtbare Material (340) eine Kunststoffschmelze ist und bei dem die mikroraue Oberfläche mit der Kunststoffschmelze in Kontakt gebracht wird; und wobei die Kunststoffschmelze ausgebildet ist, um Wärme an das Bauteil (260; 310) abzugeben. 9. Verfahren (100) gemäß Anspruch 8, bei dem die Kunststoffschmelze aus einem flüssigen Thermoplast oder einem flüssigen thermoplastischen Elastomer oder einem flüssigen Elastomer oder einem Duromer gebildet ist. 10. Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem das Bauteil (260; 310) durch chemisches oder elektrochemisches Abscheiden mit der Haftschicht (320) versehen wird. 11. Verfahren (100) gemäß Anspruch 10, bei dem das chemische oder elektrochemische Abscheiden zum Versehen des Bauteils (260; 310) mit einer Haftschicht (320), ein Eintauchen einer Trommel oder eines Gestells mit mindestens einem Bauteil (260; 310) in ein chemisches oder elektrochemisches Bad (240), oder ein Durchlaufen eines Bandes mit mindestens einem Bauteil (260; 310) durch ein chemisches oder elektrochemisches Bad (240) umfasst. Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 1 1, bei dem das in-Kontakt-bringen (120) der mikrorauen Oberfläche mit dem flüssigem aushärtbarem Material (340) unter Druck erfolgt. Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem das Bauteil (260; 310) Metall aufweist. Verfahren (100) gemäß Anspruch 4, bei dem das elektrisch nicht leitende Material Keramik ist. Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem das Bauteil (260; 310) ein Stanzgitter oder ein Stecker oder ein Gefäß oder ein Leitungselement oder ein mechanisches Element ist. Vorrichtung (200) zur Herstellung eines Verbundbauteils, mit folgenden Merkmalen: einer Einrichtung (210) zum Versehen eines Bauteils (260; 310) oder eines Teilbereichs eines Bauteils (260; 310) mit einer Haftschicht (320), die eine mikroraue Oberfläche mit Hinterschnitten (330) aufweist, wobei die Hinterschnitte (330) ausgelegt sind, um von einem flüssigen aushärtbaren Material (340) hinterflossen zu werden; und einer Einrichtung (220) zum in-Kontakt-bringen der mikrorauen Oberfläche mit dem flüssigen aushärtbaren Material (340), so dass das flüssige aushärtbare Material (340) die Hinterschnitte (330) hinterfließen kann. Vorrichtung (200) gemäß Anspruch 16, bei der die Einrichtung (210) zum Versehen des Bauteils (260; 310) oder eines Teilbereichs des Bauteils (260; 310) mit der Haftschicht (320) eine Anodenanordnung (250) aufweist, welche ausgebildet ist, um das Bauteil (260; 310) oder einen Teilbereich des Bauteils (260; 310) durch elektrochemisches Abscheiden selektiv oder vollständig mit der Haftschicht (320) zu versehen Vorrichtung (200) gemäß Anspruch 16 oder 17, bei der das Bauteil (260; 310) ein ausgedehnter 3-dimensionaler starrer Körper ist und eine gekrümmte Oberfläche aufweist; und wobei die Einrichtung (210) zum Versehen des Bauteils (260; 310) oder eines Teilbereichs des Bauteils (260; 310) mit der Haftschicht (320) ausgebildet ist, um die gekrümmte Oberfläche vollständig oder zumindest teilweise mit der Haftschicht (320) zu versehen. Verbundbauteil (300), mit folgenden Merkmalen: einem Bauteil (260; 310), wobei das Bauteil (260; 310) oder ein Teil des Bauteils (260; 310) mit einer Haftschicht (320) versehen ist, die eine mikroraue Oberfläche mit Hinterschnitten (330) aufweist; und einem ausgehärteten Material (340), das an das Bauteil (260; 310) angespritzt ist, und das die mikroraue Oberfläche derart kontaktiert, dass das ausgehärtete Material (340) die Hinterschnitte (330) umschließt, um eine haftfeste Verbindung zwischen dem ausgehärteten Material (340) und der Haftschicht (320) zu erzeugen. |
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Konzept zur Herstellung eines Verbundbauteils, wie es beispielsweise ein Metallteil mit einer Kunststoffummantelung sein kann. Verbundbauteile erlauben die Kombination unterschiedlicher Werkstoffeigenschaften in einem Bauteil. Das Umspritzen von Metallteilen mit thermoplastischen Werkstoffen findet daher heute weite Verbreitung in verschiedensten Anwendungsbereichen. Häufig werden Stanzgitter umspritzt, um Kontaktelemente aus einem Gehäuse herauszuführen oder um eine elektrische Verdrahtungsstruktur auf einem Kunststoffbauteil zu realisieren. Weiterhin werden bei der Herstellung von Steckelementen wie z.B. Steckerleisten häufig metallische Steckkontakte wie z.B. Steckerstifte und -hülsen mit Thermoplasten umspritzt. Darüber hinaus sind aber auch andere Metall-Kunststoffverbunde denkbar, wie beispielsweise für Anwendungen in Leitungen und Gefäßen für Flüssigkeiten und Gase oder mechanisch beanspruchte Bauteile, wenn es auch auf eine gute mechanische Kraftübertragung ankommt.
Als Werkstoff für metallische Einlegeteile kommen oft Kupfer oder Kupferlegierungen wie z.B. CuSn6 zum Einsatz. Je nach Anwendung können die Metalleinlegeteile noch mit einer Endschicht, beispielsweise Zinn versehen sein. Als Thermoplaste werden oft technische Thermoplaste oder Hochleistungsthermoplaste wie beispielsweise Polyamid (PA), Polybutylenterephthalat (PBT), Polyphenylensulfid (PPS) oder Flüssigkristall-Polymere (LCP) verwendet.
Für viele Anwendungen ist eine medien- und/oder druckdichte Verbindung von Einlegeteil zu Thermoplast erforderlich. Haben beide Materialien jedoch keine chemische Affinität zueinander, dann kann es nach dem Umspritzen zu einer Spaltbildung kommen, was aufgrund der Kapillarwirkung zum Eindringen eines Mediums, wie beispielsweise Luft oder Flüssigkeiten führen kann. Bei mechanischer oder thermischer Belastung im Betrieb kann sich der Spalt durch andauernden Stress immer weiter vergrößern und dann schließlich zum Ausfall des Bauteils führen. Werden Metalleinlegeteile mit einem Duroplasten umspritzt, wie z.B. beim Spritzpressen (sogenanntes„Transfer Moulding"), so kann hier in der Regel von einer höheren Affinität von Duroplast zu Metalleinlegeteil ausgegangen werden. Da bei nicht vernetzten Duroplas- ten noch reaktionsfähige funktionelle Gruppen des Polymers vorhanden sind, können diese dann idealer weise auch direkt an das Metall des Einlegeteils stoffschlüssig anbinden, was zu einer verbesserten Haftfestigkeit zwischen beiden Komponenten führt.
Um einen ähnlichen Effekt beim Umspritzen mit Thermoplasten zu erzielen, werden derzeit Metalleinlegeteile vor dem Umspritzen oft mit Haftvermittlern vorbehandelt, welche eine gute stoffschlüssige Verbindung mit dem Thermoplasten ermöglichen sollen. Hierzu werden beispielsweise Haftvermittler auf der Basis von Silanen oder Epoxiden eingesetzt. Je nach Werkstoffkombination muss dabei ein spezifischer Haftvermittler eingesetzt werden. Allerdings ist für manche Anwendungen, z.B. bei großem thermischen Stress und Exposition in aggressiven Medien die Anbindung von Thermoplast zu Einlegeteil nicht immer ausreichend, d.h. die Haftfestigkeit zwischen Thermoplast und Einlegeteil ist zu gering.
In der Leiterplattentechnik werden bei der Herstellung von mehrlagigen Leiterplatten geeignete Kupferfolien durch Bürsten, aber auch durch elektrochemische Verfahren wie Puls-Beschichtung (im Fachjargon auch als„Pulse Plating" bezeichnet) mikroaufgeraut, um eine möglichst große Haftfestigkeit des sogenannten „Prepregs" (ungehärtete duroplastische Kunststoffmatrix) auf dem mikrorauen Kupfer zu erhalten. Durch die mik- roraue Oberfläche kann sich zwischen Kunststoffmatrix und Kupfer ein mechanischer Formschluss ausbilden. Weiterhin bewirkt die mikroraue Schicht eine Vergrößerung der Oberfläche und damit eine Verstärkung der Adhäsionskräfte. Als weitere Maßnahme kann die Haftfestigkeit durch eine chemische Nachbehandlung der mikrorauen Kupferfolie, meist durch oxidierende Medien, weiter verbessert werden.
Bei der Heißpräge-MID-Technik kommen mikroraue Kupferfolien mit definierter Sprö- digkeit zum Einsatz, um eine sehr hohe Haftfestigkeit der auf geeigneten Thermoplasten heißgeprägten Leiterstrukturen zu erhalten. Um diese Mikrorauheit auf den Kupferfolien zu erzeugen, wird darauf ähnlich wie bei den in der Leiterplattentechnik verwendeten Kupferfolien mittels„Pulse Plating" ein haft- und wischfester Überzug aus Kupferdendriten (sogenanntes „Treatment" oder „Treatment-Schicht") abgeschieden. Die Abscheidung kann dabei beispielsweise aus einem schwefelsauren Kupferelektrolyten erfolgen, welchen die zu beschichtende Folie kontinuierlich durchläuft. Durch gezielte Optimierung von z.B. Pulshöhe, Pulslänge und Pulsabstand kann die haftfeste Abscheidung der Kupferdendriten erreicht werden. Ein solches Pulsregime führt zu einem fest auf der Oberfläche verwachsenen„blumenkohlartigen" Treatment mit hoher Festigkeit. Zusätzlich kann dieses„blumen- kohlartige" Treatment noch mittels oxidierenden Medien nachbehandelt werden (Schwarz- oxidieren - sogenanntes„Blackoxid"). Wird eine solche mit Kupferdendriten beschichtete (sogenannte„treatmentbeschichtete") Kupferfolie auf einen Thermoplast mit einem beheizten strukturierten Prägestempel aufgeprägt, lassen sich so sehr haftfeste Leiterbahnstrukturen auf thermoplastischen Bauteilen erzeugen. Der durch den Prägevorgang erwei- chende Thermoplast verkrallt sich mechanisch mit dem mikrorauen Treatment der Kupferfolie, was zu einem sehr stabilen Formschluss zwischen beiden Komponenten und so zu einer sehr guten Haftfestigkeit der Leiterstrukturen führt.
Basierend auf dem aufgezeigten Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfin- dung, ein Konzept aufzuzeigen, welches eine bessere Haftfestigkeit einer Ummantelung eines Verbundbauteils mit einem zu verbindenden Bauteil des Verbundbauteils ermöglicht.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 1 , eine Vorrichtung gemäß Anspruch 16 und ein Verbundbauteil gemäß Anspruch 19 lösen diese Aufgabe.
Ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass ein Verbundbauteil mit einer größeren Haftfestigkeit zwischen einer Ummantelung aus aushärtbarem Material des Verbundbauteil und einem zu verbindenden Bauteil geschaffen werden kann, wenn das Bauteil mit einer Haftschicht versehen wird, welche eine mikroraue Ober- fläche mit Hinterschnitten aufweist und die mikroraue Oberfläche mit flüssigem aushärtbarem Material in Kontakt gebracht wird, so dass das flüssige aushärtbare Material die Hinterschnitte hinterfließt.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist damit, dass durch die Nutzung von flüssigem aushärtbarem Material in Verbindung mit einer mikrorauen Oberfläche, welche Hinterschnitte aufweist, durch das Hinterfließen des flüssigen aushärtbaren Materials der Hinterschnitte, das flüssige aushärtbare Material sich mit der mikrorauen Oberfläche ver- krallen kann, um so eine stoffschlüssigere und haftfestere Verbindung mit dem Bauteil herzustellen, als diese bisher aus dem Stand der Technik möglich ist.
Das flüssige aushärtbare Material kann beispielsweise durch Abkühlung, Bestrahlung oder chemische Prozesse ausgehärtet werden. Das flüssige aushärtbare Material kann beispielsweise ein Thermoplast oder ein thermoplastischer Elastomer oder ein Elastomer oder ein Duromer sein, welcher unter Nutzung des Konzepts der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einem Bauteil, welches beispielsweise aus Metall ist, eine haftfeste Verbindung des Thermoplasts oder thermoplasti- sehen Elastomers oder Elastomers oder Duromers mit dem Metall ermöglicht, vergleichbar einer haftfesten Verbindung eines Duromers mit einem Metall. Es wird damit eine haftfestere Verbindung zwischen dem Thermoplast und dem Metallbauteil ermöglicht als dies bei, aus dem Stand der Technik bekannten Haftvermittlern möglich ist. Weiterhin kann bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung das in Kontaktbringen des Bauteils mit dem flüssigen aushärtbaren Material durch Umspritzen (beispielsweise vollständiges Umschließen des Bauteils mit flüssigen aushärtbaren Material) oder Anspritzen (beispielsweise orts-selektives Versehen des Bauteils mit flüssigen aushärtbaren Material) erfolgen. Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren des Heißprägens ermöglicht das Umspritzen oder Anspritzen eine beliebige Formgebung und vor allem die Nutzung massiver Bauteile zur Umspritzung oder Anspritzung im Gegensatz zu Folien, welche beschichtet werden.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist damit, dass durch das Umspritzen eines Bauteils mit flüssigem aushärtbarem Material, die Form des herzustellenden Verbundbauteils freiwählbar ist. Die Form kann hierbei beispielsweise durch ein Abformwerkzeug, wie es in der Kunststoffspritztechnologie verwendet wird, vorgeben werden.
In weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann das in-Kontakt- bringen eines Bauteils mit flüssigem aushärtbarem Material selektiv auf dem Bauteil erfolgen, d.h., es wird nur ein ausgewählter Teil des Bauteils mit dem aushärtbarem Material beschichtet.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist damit, das ein Verbundbauteil mit ei- ner haftfesten Verbindung eines Bauteils zu einer Ummantelung des Bauteils aus aushärtbarem Material hergestellt werden kann, bei dem nur ein Teil des Bauteils mit aushärtbarem Material umschlossen ist.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Flussdiagramm gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Fig. 2a eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Fig. 2b eine schematische Darstellung einer Einrichtung zum Versehen eines Bauteils oder eines Teilbereichs eines Bauteils mit einer Haftschicht, die Teil der in Fig. 2a gezeigten Vorrichtung ist; und
Fig. 3 eine Schnittansicht eines Verbundbauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 zeigt ein Flussdiagramm 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Flussdiagramm 100 umfasst einen ersten Schritt 110 des Versehens eines Bauteils oder einem Teilbereich eines Bauteils mit einer Haftschicht, die eine mikroraue Oberfläche mit Hinterschnitten aufweist, wobei die Hinterschnitte ausgelegt sind, um von einem flüssigen aushärtbaren Material hinterflossen zu werden. Weiterhin umfasst das Flussdiagramm 100 einen Schritt 120 des in-Kontakt-bringens der mikrorauen Oberfläche mit dem flüssigen aushärtbaren Material, so dass das flüssige aushärtbare Material die Hinterschnitte hinterfließt. Weiterhin kann das Flussdiagramm 100 einen Schritt 130 des Aushärtens des aushärtbaren Materials umfassen.
Das aushärtbare Material kann bevorzugt ein Thermoplast oder ein thermoplastischer Elastomer sein und wird daher im Folgenden auch als Thermoplast bezeichnet. Der Schritt 110 des Versehens eines Bauteils oder einem Teilbereich eines Bauteils mit einer Haftschicht kann beispielsweise durch chemische oder elektrochemische Abschei- dung einer Haftschicht („sogenannte Treatmentschicht") erfolgen.
Das Bauteil ist hier bevorzugt ein Metallteil und wird daher im Folgenden als Metallteil oder Metallbauteil bezeichnet.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Verfahren 100 sind unter anderem alle Metallbauteile geeignet, die eine Oberfläche besitzen, auf der eine Haftschicht („Treatmentschicht") mittels chemischer oder elektrochemischer Abscheidung hergestellt werden kann. Die Haftschicht (das„Treatment") auf den Metallteilen kann beispielsweise elektrochemisch mittels des Verfahrens des bereits beschriebenen„Pulse Plating" abgeschieden werden, indem die Teile, also die Metallteile beispielsweise in einem saurem Kupferelektrolyten, entweder einzeln im Gestell oder in einer Trommel bzw. ähnlich wie einer Bandgalvanik an einem Band von Rolle zu Rolle prozessiert werden. Mit anderen Worten gesagt, werden die Metallteile in ein Bad von Kupferelektrolyten eingetaucht, wobei die Metallteile als Kathode fungieren und beispielsweise eine Kupferelektrode als Anode fungiert . Das Pulsregime, d.h. die Eigenschaften des aufgebrachten Stroms zwischen Anode und Kathode, wie Pulshöhe, Pulslänge und Pulsabstand wird dabei so gewählt, dass eine haft- und wischfeste Haftschicht („Treatmentschicht"), beispielsweise aus Kupferdendriten allseitig auf den Metallteilen abgeschieden wird. Die allseitige Haftschichtbeschichtung („Treatmentbeschichtung") wird durch eine entsprechende Anordnung der Anoden gewährleistet. Der Begriff allseitig soll hier lediglich als beispielhaft verstanden werden und keinerlei einschränkend wirken, da in weiteren Ausführungsbeispielen es auch möglich sein kann, dass durch entsprechende Auslegung der Anodengeometrie und Abdeckung der Kathode die Haftschichtbeschichtung („Treatmentbeschichtung") auch selektiv erfolgt.
Weiterhin sei erwähnt, dass in weiteren Ausführungsbeispielen anstelle des Metallteils auch ein keramisches Bauteil oder ein anderes, beispielsweise nicht leitendes Bauteil verwendet werden kann, bei dem eine Haftschicht („Treatmentschicht") entweder unmittelbar auf der Oberfläche oder auf einer Zwischenschicht auf der Oberfläche chemisch oder elektrochemisch abgeschieden wurde. Ferner könnte bei weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung das Bauteil mit einer Haftschicht mit einer mikrorauen Oberfläche mit Hinterschnitten, beispielsweise durch rein chemische Prozesse wie Säureätzen oder Ähnliches oder auch durch rein mechanische Prozesse wie Abschleifen, Fräsen oder Ähnliches versehen werden. Natürlich sind auch weitere Ausführungsbeispiele verwendbar, bei denen das Bauteil mit einer Haftschicht mit einer mikrorauen Oberfläche mit Hinterschnitten durch andere, hier nicht aufgezeigte Prozesse versehen werden kann.
Die im Schritt 110 auf dem Bauteil erzeugte Haftschicht („Treatmentschicht") und deren mikroraue Oberfläche kann beispielsweise in einem weiteren Schritt des Verfahren 100, durch eine weitere chemische Behandlung, wie beispielsweise eine Oxidation, in ihren Eigenschaften, zum Beispiel im Hinblick auf eine Festigkeit, Temperaturbeständigkeit, Beständigkeit im Hinblick auf äußere Einflüsse oder Stoffe, oder ähnlichem, verbessert werden. Der Schritt 120 des in-Kontakt-bringens der mikrorauen Oberfläche mit dem flüssigen aushärtbaren Material kann beispielsweise durch ein Umspritzen des Metallteils mit einem flüssigen Thermoplast erfolgen. Durch das dem Schritt 110 anschließende Umspritzen 120 der vorbehandelten Metallteile mit thermoplastischen Werkstoffen kann so eine form- schlüssige Verkrallung zwischen beiden Werkstoffen, also dem Metallteil und dem Thermoplast erfolgen, die makroskopisch betrachtet wie eine stoffschlüssige Verbindung erscheint. Der Thermoplast kann dabei beispielsweise ein schmelzförmiger Thermoplast sein oder auch eine Kunststoffschmelze aus Thermoplast, welcher sich beim Umspritzen des Metallteils formschlüssig mit der mikrorauen Oberfläche der Haftschicht („Treatmentschicht") verbindet. So kann insbesondere eine medien- und druckdichte Verbindung von einem Thermoplast, also dem aushärtbaren Material und einem Metallteil, also dem Bauteil erzielt werden. Im Gegensatz zu einem Laminiervorgang oder Heißprägevorgang wird bei dem Umspritzen des Metallteils mit einer Kunstoffschmelze das Metallteil durch die Kunststoffschmelze erwärmt.
Das im Schritt 120 beschriebene in-Kontakt-bringen der mikrorauen Oberfläche mit einem flüssigen aushärtbaren Material kann gleichgesetzt werden, mit einem Beaufschlagen der mikrorauen Oberfläche mit einem flüssigen aushärtbaren Material, mit einem Versehen der mikrorauen Oberfläche mit einem flüssigen aushärtbaren Material, mit einem Zuführen der mikrorauen Oberfläche eines aushärtbaren Material, mit einem Umspritzen der mikrorauen Oberfläche mit einem flüssigen aushärtbaren Material, mit einem Hinterspritzen der mikro- rauen Oberfläche mit einem flüssigen aushärtbaren Material, mit einem Eintauchen der mikrorauen Oberfläche in flüssiges aushärtbares Material, wie beispielsweise eine Kunststoffschmelze oder auch mit einem Umströmen der mikrorauen Oberfläche mit einem flüssigen aushärtbaren Material. Das beschriebene in-Kontakt-bringen kann hierbei unter hohem Druck erfolgen, um so eine noch bessere Verbindung des flüssigen aushärtbaren Materials, also beispielsweise des Thermoplasts mit der mikrorauen Oberfläche der Haftschicht des Bauteils, also beispielsweise des Metallteils, zu erzeugen. Das Aushärten 130 des aushärtbaren Materials, also beispielsweise des Thermoplasts, kann dabei durch Abkühlen des aushärtbaren Materials erfolgen.
Obwohl in dem obigen Ausführungsbeispiel das flüssige aushärtbare Material als Thermoplast oder ein thermoplastisches Elastomer ausgebildet ist, so kann es in weiteren Ausfüh- rungsbeispielen auch möglich sein, dass das flüssige aushärtbare Material ein Duroplast oder auch ein UV-Polymer ist. Hierbei sei erwähnt, dass bei Nutzung eines UV-Polymers als flüssiges aushärtbares Material eine Aushärtung nicht durch Abkühlung, sondern durch Bestrahlung des flüssigen aushärtbaren Materials mit UV-Licht erfolgt. Die Bestrahlung, beispielsweise im Schritt 130 kann hierbei wahlweise selektiv oder flutlichtartig über das gesamte Verbundbauteil erfolgen, um so eine selektive Aushärtung und damit eine selektive Beschichtung des Bauteils zu ermöglichen. Fig. 2a zeigt eine Vorrichtung 200 gemäß einem Ausfuhrungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 200 umfasst eine Einrichtung zum Versehen eines Bauteils oder eines Teilbereichs eines Bauteils mit einer Haftschicht, die eine mikroraue Oberfläche mit Hinterschnitten aufweist, wobei die Hinterschnitte ausgelegt sind, um von einem flüssigen aushärtbaren Material hinterflossen zu werden. Weiterhin umfasst die Vorrichtung 200 eine Einrichtung 220 zum in-Kontakt-bringen der mikrorauen Oberfläche mit dem flüssigen aushärtbaren Material, so dass das flüssige aushärtbare Material die Hinterschnitte hinterfließt. Weiterhin kann die in Fig. 2a gezeigte Vorrichtung 200 eine Einrichtung 230 zum Aushärten des aushärtbaren Materials umfassen. Die Einrichtung 210 zum Versehen eines Bauteils oder eines Teilbereichs eines Bauteils mit einer Haftschicht ist ausgebildet, um beispielsweise einen Schritt 110, wie er im Flussdiagramm 100 in Fig. 1 beschrieben wurde, auszuführen. Die Einrichtung 220 zum in- Kontakt-bringen der mikrorauen Oberfläche mit dem flüssigen aushärtbaren Material ist ausgebildet um, beispielsweise einen Schritt 120, wie er in dem in Fig. 1 gezeigten Fluss- diagramm 100 beschrieben wurde, auszuführen. Die Einrichtung 230 zum Aushärten des aushärtbaren Materials ist ausgebildet, um beispielsweise einen Schritt 130, wie er in dem in Fig. 1 gezeigten Flussdiagramm 100 beschrieben wurde, auszuführen.
Fig. 2b zeigt eine schematische Darstellung der Einrichtung 210 zum Versehen eines Bau- teils oder eines Teilbereichs eines Bauteils mit einer Haftschicht, die Teil der in Fig. 2a gezeigten Vorrichtung 200 ist.
Die Einrichtung 210 kann dabei beispielsweise ein galvanisches Bad 240, mit einer Lösung aus sauren Kupferelektrolyten und einer Anode bzw. einer Anodenanordnung 250 aufwei- sen, in welches die zu beschichtenden Bauteile 260 als Kathode entweder einzeln im Gestell oder in einer Trommel bzw. ähnlich wie in einer Bandgalvanik an einem Band von Rolle zu Rolle prozessiert werden. Durch Anlegen einer Spannung, zum Beispiel einer Gleichspannung oder einer gepulsten Spannung, zwischen der Anode bzw. der Anodenanordnung 250 und der Kathode, also den zu beschichtenden Bauteilen 260, lagern sich posi- tiv geladene Kupferionen an den zu beschichtenden Bauteilen 260 an. Infolgedessen wird an den zu beschichtenden Bauteilen 260 Kupfer abgeschieden. Die Einrichtung 220 kann beispielsweise eine Kunststoffschmelze umfassen, welche mit einem, mit einer Haftschicht mit einer mikrorauen Oberfläche, welche Hinterschnitte aufweist beschichteten Bauteil in Kontakt gebracht wird. Das in-Kontakt-bringen kann hier beispielsweise erfolgen durch Eintauchen des mit einer Haftschicht beschichteten Bauteils in die Kunststoffschmelze oder aber auch durch Umspritzen, Anspritzen oder Hinterspritzen des mit einer Haftschicht beschichteten Bauteils mit der Kunststoffschmelze oder auch durch andere ähnliche Verfahren. Die Einrichtung 220 kann beispielsweise vergleichbar einer Kunststoffspritzgießmaschine ein Werkzeug zur Erzeugung der Form des herzustellenden Verbundbauteils aufweisen.
Die Einrichtung 230 zum Aushärten des aushärtbaren Materials kann beispielsweise eine Kühlkammer zum Abkühlen des aushärtbaren Materials umfassen oder bei Nutzung eines UV-Polymers als aushärtbares Material einen UV-Bestrahler, welcher den UV-Polymer aushärtet.
Fig. 3 zeigt ein Verbundbauteil 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verbundbauteil 300 kann basierend auf dem in Fig. 1 gezeigten Verfahren 100 mit einer Vorrichtung 200 hergestellt worden sein. Das Verbundbauteil 300 umfasst ein erstes Bauteil 310, beispielsweise ein Metallbauteil, welches auf einer Oberfläche eine Haftschicht 320 mit einer mikrorauen Oberfläche mit Hinterschnitten 330 aufweist. Die mikroraue Oberfläche der Haftschicht 330 ist umschlossen mit ausgehärtetem aushärtbarem Material 340, beispielsweise ein ausgekühlter Thermoplast.
Die mikroraue Oberfläche und die Hinterschnitte 330 sind hier zur Verdeutlichung stark vergrößert dargestellt. Die Hinterschnitte 330, welche beispielsweise durch abgeschiedene Kupferdendriten erzeugt werden, weisen typischerweise eine Höhe von 3μιη bis lOOum auf.
Deutlich erkennbar ist in Fig. 3 die blumenkohlartige mikroraue Oberfläche der Haftschicht 320 und die durch die blumenkohlartige Ausformung der Oberfläche entstehenden Hinterschnitte 330. Das ausgehärtete Material 340 hat diese Hinterschnitte 330 hinterflossen und bildet somit eine haftfeste Verbindung zu dem Bauteil 310. Das ausgehärtete Material 340 hat sich damit haftfest mit der mikrorauen Oberfläche der Haftschicht 320 verkrallt. Weiterhin ist deutlich zu erkennen, dass die mikroraue Oberfläche eine vergrößerte Oberfläche gegenüber einer Oberfläche des Bauteils 310 aufweist, was zusätzlich zu den Hinterschnitten 330, aufgrund von Adhäsionskräften in einer noch weiter erhöhten Haftfestigkeit des ausgehärteten Materials mit dem Bauteil 310 resultiert. Ferner ist in Fig. 3 zu erkennen, dass die Haftschicht 320 sich nur über einen Teilbereich der Oberfläche des Bauteils 310 erstreckt. Es ist natürlich auch möglich, dass die Haftschicht 320 das Bauteil 310 komplett umschließt, um eine vollständige Umhüllung des Bauteils 310 mit aushärtbarem Material 340 zu ermöglichen.
Das in Fig. 3 gezeigte Verbundbauteil 300 kann beispielsweise ein haftbeschichtetes („treatmentbeschichtetes") Stanzgitter sein, welches umspritzt ist mit einem technischen oder einem Hochleistungsthermoplasten 340 wie beispielsweise Polyamid, Polybutylenterephtalat, Polyphenylensulfid oder Flüssigkristallpolymer. Weiterhin kann das Verbundbauteil 300 ein haftbeschichteter („treatmentbeschichteter") Steckkontakt mit einem umspritzten technischen oder Hochleistungsthermoplasten 340, wie beispielsweise Polyamid, Polybutylenterephtalat, Polyphenylensulfid oder Flüssigkristallpolymer sein.
In weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann das Bauteil 310 bei- spielsweise ein Stanzgitter, ein Stecker, ein Gefäß, ein Leitungselement oder auch ein mechanisches Element sein.
Weitere Ausfuhrungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können ein Verfahren zum haftfesten Verbinden von metallischen Bauteilen mit einem Thermoplasten oder Duromer auf- zeigen, wobei die Oberfläche des Metallbauteils mindestens in den Bereichen, wo eine Berührung von Metall und Thermoplast stattfindet, vor einem Umspritz- bzw. Umgießvorgang mit einer chemisch bzw. elektrochemisch hergestellten Haftschicht („Treatmentschicht"), die ähnlich ist wie bei den Heißprägefolien aus dem Stand der Technik, versehen wird. Diese Haftschicht („Treatmentschicht") kann ggf. durch eine weitere chemische Behandlung, z.B. eine Oxidation, in ihren Eigenschaften verbessert werden.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann es sich im Gegensatz zur Leiterplattentechnologie hierbei nicht um ein Verbund mit einem duromeren Werkstoff handeln. Weiterhin kann beim in-Kontakt-bringen des Metallbauteils mit flüssi- gern aushärtbarem Material, also beispielsweise bei einem Umspritzvorgang, das Metallbauteil durch die Kunststoffschmelze erwärmt und umpresst werden, während bei einer Leiterplattenherstellung nach dem Fügen von Prepreg mit Metallfolie ein Laminiervorgang mit Wärmeeinbringung und Druck erfolgt. Gegenüber der Heißprägetechnik sind die Metallbauteile bei Verfahren gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung in der Regel und bevorzugt keine Folien, sondern dreidimensional ausgeprägte Bauteile mit deutlich größerer Dicke. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass der Kunststoff beim Heißprägen hauptsächlich durch die heiße Folie aufgeschmolzen wird, während bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung beim in-Kontakt-bringen des Bauteils mit dem aushärtbaren Material, also beispielsweise bei einem Umspritzvorgang das Metallteil von der Kunststoffschmelze erwärmt wird.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die elektrochemische Erzeugung einer haftvermit- telnden mikrorauen Schicht („Treatment") auf mit Thermoplasten zu umspritzende Metallteilen bisher keine Verwendung gefunden hat. Bisher wurden elektrochemisch haftvermittelnde Haftschichten („Treatmentschichten") nur auf Metallfolien, wie beispielsweise Kupferfolien, abgeschieden, welche von Rolle zu Rolle prozessiert wurden. Diese Folien haben bisher nur Anwendung in der Leiterplattentechnik und Heißpräge-MID-Technologie ge- runden.
Weitere Ausfuhrungsbeispiele der vorliegenden Erfindungen können dabei auch eine mit einer Haftschicht beschichtete („treatmentbeschichtete") Metallfolie (zum Beispiel Kupferfolie) umfassen, welche auf der Haftschichtseite („Treatmentseite") mit einem schmelz- flüssigen Thermoplast, also flüssigem aushärtbarem Material hinterspritzt, also in Kontakt gebracht wird. Dadurch resultiert ebenfalls eine formschlüssige und sehr haftfeste Verbindung zwischen der Metallfolie und dem hinterspritzten Thermoplast. Dieser Effekt wird nun ebenfalls beim Umspritzen von Haftschicht-beschichteten („treatmentbeschichteten") Metallteilen mit Thermoplasten ausgenutzt.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.