Verfahren zur Herstellung einer selbsttragenden Metallfolie Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer selbsttragenden Metallfolie, insbes. einer Kupferfolie, die aufgrund ihres Gefüges eine kleine Schärfestigkeit besitzt und scharfrandig strukturierbar ist, wobei auf einer eine Kathode bildenden, sich drehenden Walze, die in ein Ionen des Metalls enthaltendes Elektrolytbad eingetaucht ist, auf galvanischem Wege die Metallfolie abgeschieden wird, von der Walzenkathode in einem konstanten Abstand ein Anodenkorb vorgesehen ist und während der Drehung der Walzenkathode an die Walzenkathode und den Anodenkorb eine definierte einstellbare Gleichspannung angelegt wird, so daß zwischen der Walzenkathode und dem Anodenkorb im Elektrolytbad ein bestimmter einstellbarer hoher Gleichstrom fließt, durch den auf der Walzenkathode eine Metallgrundschicht abgeschieden wird, zwischen der Walzenkathode und dem Anodenkorb mindestens eine Zusatzanode vorgesehen ist, zwischen der Walzenkathode und der Zusatzanode eine definierte einstellbare zweite Gleichspannung angelegt wird, so daß zwischen der Walzenkathode und der Zusatzanode ein bestimmter einstellbarer zusätzlicher Gleichstrom fließt, wodurch auf der von der Walzenkathode abgewandten Außenseite der Metallgrundschicht eine Blumenkohlstruktur aus dem Metall festhaftend abgeschieden wird, die Metallfolie aus der mit der Blumenkohlstruktur versehenen Metallgrundschicht von der Walzenkathode abgelöst wird, und die Metallfolie aus der mit der Blumenkohlstruktur versehenen Metallgrundschicht gespült und getrocknet wird.

Aus der EP 0 063 347 ist eine Metallfolie bekannt, die als Prägefolie verwendet und mittels eines geeigneten Prägestempels auf ein Substrat transferiert wird. Um diese bekannte, scharfrandig strukturierbare Metallfolie am besagten Substrat zu fixieren, wird ein Kleber verwendet, bei dem es sich vorzugsweise um einen Schmelzkleber handelt. Ein solcher Kleber stellt eine elektrisch isolierende Schicht dar, so daß eine elektrisch leitende Kontaktierung der scharfrandig strukturierbaren Metallfolie mit dem Substrat dort nicht möglich ist. Bei elektrisch isolierenden Substraten ist das nicht erheblich, anders liegen die Verhältnisse jedoch bei ohmisch leitenden Substraten.

Um zwischen einer solchen bekannten, scharfrandig strukturierbaren Metallfolie und einem Substrat eine elektrisch leitende Verbindung herzustellen, schlägt die EP 0 392 151 A2 vor, in die Kleberschicht zwischen der Metallfolie und dem Substrat Lötpulverpartikel zu integrieren.

Unabhängig davon, ob in die Kleberschicht Lötpulverpartikel integriert sind oder nicht, ist es bei der bekannten, scharfrandig strukturierbaren Metallfolie erforderlich, an ihrer dem Substrat zugewandten Seite die Kleberschicht anzubringen. Das stellt einen nicht zu vernachlässigenden Produktionsaufwand dar.

Aus der US-A 5 019 221 ist eine Vorrichtung zur galvanischen Herstellung einer Metallfolie, wie einer Kupferfolie, auf einer Walzenkathode bekannt, die in ein Ionen des Metalls enthaltendes Elektrolytbad eintaucht. Ein Anodenkorb ist von der Walzenkathode beabstandet vorgesehen. Der Anodenkorb ist zur Walzenkathode konzentrisch angeordnet. An die Walzenkathode und den Anodenkorb wird eine definierte Gleichspannung angelegt. Gleichzeitig wird die Walzenkathode drehend angetrieben. Infolge der besagten Gleichspannung fließt zwischen der Walzenkathode und dem Anodenkorb ein bestimmter hoher Gleichstrom, wobei auf der Walzenkathode die Metallfolie in Gestalt einer Metallgrundschicht abgeschieden wird. Diese bekante Metallfolie weist auf ihrer von der Walzenkathode abgewandten Außenseite eine relativ geringe Oberflächenrauhigkeit auf. Die Oberflächenrauhigkeit einer solchermaßen hergestellten Kupferfolie beträgt maximal 5 bis 6 Hm. Infolge dieser geringen Oberflächenrauhigkeit ist es bislang nicht möglich, eine solche bekannte Metall-bzw.

Kupferfolie ohne Kleberschicht direkt auf ein Substrat scharfrandig strukturiert aufzuprägen.

Aus der US 4 692 221 oder aus der US 5 215 646 ist jeweils ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, mit welchem eine Metallfolie, insbesondere Kupferfolie, herstellbar ist, die im Vergleich zu einer Metall-insbesondere Kupferfolie ohne Blumenkohlstruktur infolge ihrer erhöhten Oberflächenrauhigkeit nach dem Aufprägen auf ein Substrat eine verbesserte Haftfestigkeit aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der oben genannten Art so weiterzubilden, daß eine Metall- insbesondere Kupferfolie herstellbar ist, deren Haftfestigkeit nach dem Aufprägen auf ein Substrat noch weiter verbessert ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die getrocknete Metallfolie aus der mit der Blumenkohlstruktur versehenen Metallgrundschicht durch ein Blackoxide-Bad hindurchbewegt wird, und daß die Metallfolie aus der mit der Blumenkohlstruktur versehenen Metallgrundschicht im Anschluß an das Blackoxide-Bad gespült und getrocknet wird.

Durch die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte wird die Schärfestigkeit der auf ein Substrat aufgeprägten Metallfolie weiter verbessert.

Der Anodenkorb kann von der Walzenkathode bspw. einen konstanten Abstand besitzen, der bspw. größenordnungsmäßig 50 mm beträgt. Die mindestens eine Zusatzanode zwischen dem Anodenkorb und der Walzenkathode kann bspw. eine Anodenstange aufweisen, die von der Walzenkathode einen konstanten Abstand aufweist, der größenordnungsmäßig 2 bis 3 mm betragen kann. Auf der sich drehenden Walzenkathode wird mit Hilfe des Anodenkorbes die Metall-, insbesondere Kupfergrundschicht abgeschieden. Diese Grundschicht kann in Abhängigkeit von der an die Walzenkathode und den Anodenkorb angelegte Gleichspannung und den dazwischen fließenden Gleichstrom größenordnungsmäßig 10 bis 100 um betragen. Die mindestens eine Zusatzanode zwischen der Walzenkathode und dem Anodenkorb bewirkt in Abhängigkeit von der zwischen diesen angelegten zweiten Gleichspannung und dem durch diese zweite Gleichspannung gegebenen zusätzlichen Gleichstrom auf der Metall-, insbesondere Kupfer-Grundschicht die Blumenkohlstruktur aus dem Metall bzw. aus dem Kupfer. Diese Blumenkohlstruktur weist eine Oberflächenrauhigkeit zwischen 10 und 25 um auf.

Die Metall-, insbesondere Kupferfolie aus Grundschicht und Blumenkohlstruktur weist also in vorteilhafter Weise eine solche Oberflächenrauhigkeit auf, daß sich die Blumenkohlstruktur mit dem Substrat verhakt, so daß sich eine hohe Schärfestigkeit der Folie auf dem Substrat quasi unabhängig vom Material des Substrates ergibt. Bei dem Substrat kann es sich z. B. um einen elektrisch bzw. ohmisch leitenden Körper handeln. Wird ein solcher Körper mit der erfindungsgemäß hergestellten Folie scharfrandig strukturiert beprägt, so kann er z. B. als Widerstandsheizelement benutzt werden. Die erfindungsgemäß hergestellte Folie kann auch auf ein elektrisch isolierendes Substrat scharfrandig strukturiert aufgebracht werden, um z. B. eine Schaltungsstruktur mit einer hohen Leistungsaufnahme zu realisieren. Desgleichen ist es möglich, die erfindungsgemäß hergestellte, scharfrandig strukturierbare Folie auf ein eine Kleberschicht aufweisendes Substrat aufzuprägen oder die Folie mit einer Kleberschicht zu versehen, um sie auf ein beliebiges Substrat scharfrandig strukturiert aufzuprägen.

Zweckmäßig ist es, wenn zur Herstellung der Metall-, insbesondere Kupfergrundschicht einer bestimmten Dicke die Drehgeschwindigkeit der Walzenkathode und die Gleichspannung zwischen der Walzenkathode und dem Anodenkorb aneinander angepaßt werden. Das bedeutet, daß die Dicke der Metall-, insbesondere Kupfergrundschicht zur Gleichspannung zwischen der Walzenkathode und dem Anodenkorb und folglich zum Gleichstrom zwischen Walzenkathode und Anodenkorb direkt proportional und zur Drehgeschwindigkeit der Walzenkathode umgekehrt proportional ist.

Zur Ausbildung einer bestimmten Dicke oder Höhe der Metall- Blumenkohlstruktur auf der Metallgrundschicht können die zusätzliche Gleichspannung zwischen der Zusatzanode und der Walzenkathode und die Drehgeschwindigkeit der Walzenkathode aneinander angepaßt werden. Für die Dicke oder Höhe der Metall- Blumenkohlstruktur auf der Metallgrundschicht gilt ähnlich wie für die Dicke der Metallgrundschicht, daß die Dicke bzw. Höhe der Metall-Blumenkohlstruktur zur zusätzlichen Gleichspannung zwischen der Zusatzanode und der Walzenkathode und dem dazwischen fließenden zusätzlichen Gleichstrom direkt proportional und zur Drehgeschwindigkeit der Walzenkathode umgekehrt proportional ist. Durch passende Einstellung der zusätzlichen Gleichspannung und der Drehgeschwindigkeit ist es folglich gezielt möglich, die Dicke oder Höhe der Metall- Blumenkohlstruktur wunschgemäß zwischen 10 und 25 um einzustellen. Eine größere Dicke oder Höhe der Metall- Blumenkohlstruktur ist wenig sinnvoll, weil sich dann Partikel der Blumenkohlstruktur von dieser unerwünscht ablösen. Eine geringere Dicke oder Höhe der Metall-Blumenkohlstruktur als 10 Mm weist ebenfalls wenig Sinn auf, weil dann die Haftfestigkeit der erfindungsgemäß hergestellten, scharfrandig strukturierbaren Metallfolie nach dem Aufprägen auf ein Substrat nicht die gewünschte Schärfestigkeit besitzt.

Die Metallfolie aus der mit der Blumenkohlstruktur versehenen Metallgrundschicht wird erfindungsgemäß nach dem Spülen und Trocknen durch ein Blackoxide-Bad hindurchbewegt. Im Anschluß an das Blackoxide-Bad erfolgt erfindungsgemäß ein Spülen und ein Trocknen. Die solchermaßen erfindungsgemäß hergestellte Metallfolie, insbes. Kupferfolie, die aufgrund ihres Gefüges eine kleine Schärfestigkeit besitzt und folglich scharfrandig durch Prägen strukturierbar ist, weist durch die Behandlung im Blackoxide-Bad nicht nur eine Blumenkohlstruktur, sondern eine faserige haarige Blumenkohlstruktur auf, durch welche die Schärfestigkeit der auf ein Substrat aufgeprägten Metallfolie in vorteilhafter Weise verbessert ist.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer in der Figur schematisch verdeutlichten Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, eines stark vergrößerten Ausschnittes aus einer erfindungsgemäß hergestellten Kupferfolie sowie eines Diagramms zur Verdeutlichung der Schärfestigkeit einer erfindungsgemäß hergestellten Metall- bzw. Kupferfolie aufgeprägt auf Substrate aus verschiedenen Kunststoffmaterialien. Es zeigen : Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung einer Metall-insbes.

Kupferfolie, Fig. 2 eine REM-Aufnahme eines Ausschnittes einer erfindungsgemäß hergestellten Metall-bzw.

Kupferfolie zur Verdeutlichung der Blumenkohlstruktur, Fig. 3 ein weiter vergrößertes Detail aus Fig. 2 zur Verdeutlichung der faserig haarigen Blumenkohlstruktur durch das Blackoxide-Bad, und Fig. 4 eine Diagrammdarstellung zur Verdeutlichung der Schärfestigkeit einer erfindungsgemäß hergestellten Metall-bzw. Kupferfolie, die auf verschiedene Kunststoffmaterialien aufgeprägt worden ist, im Vergleich mit einer bekannten Metall-bzw.

Kupferfolie, die aufgrund ihres Gefüges eine kleine Schärfestigkeit besitzt und scharfrandig strukturierbar ist, die in bekannter Weise mittels eines Klebers, insbes. Schmelzklebers, auf einem entsprechenden Substrat fixiert worden ist.

Fig. 1 zeigt ein Elektrolytbad 10, das in einer Wanne 12 einen Elektrolyten 14 enthält. Der Elektrolyt 14 wird mit Hilfe einer Pumpe 16 und einer der Pumpe nachgeordneten Filter-bzw.

Reinigungs-und Regeneriereinrichtung 18 umgewälzt. Zu diesem Zwecke sind in der Wanne 12 des Elektrolytbades 10 Spülrohre 20 vorgesehen.

In den Elektrolyten 14 des Elektrolytbades 10 ist eine Walzenkathode 22 sowie ein Anodenkorb 24 eingetaucht. Der Anodenkorb 24 ist von der Walzenkathode 22 definiert beabstandet ; er ist zur Walzenkathode 22 konzentrisch angeordnet. Die Spülrohre 20 befindet sich im Zwischenraum zwischen der Walzenkathode 22 und dem Anodenkorb 24. Die Walzenkathode 22 und der Anodenkorb 24 sind mit einer ersten Gleichspannungsquelle 26 zusammengeschaltet, durch die im Elektrolyten 14 zwischen der Walzenkathode 22 und dem Anodenkorb 24 ein entsprechend hoher Gleichstrom fließt. Bei diesem Gleichstrom handelt es sich um den Ionenstrom der im Elektrolyten 14 vorgesehenen Metall-bzw. Kupferionen zur Walzenkathode 22 hin. Die besagten Ionen scheiden sich auf der Zylindermantelfläche 28 der Walzenkathode 22 ab. Die Walzenkathode 22 wird mit einer bestimmten Drehzahl angetrieben. Das ist durch den bogenförmigen Pfeil 30 angedeutet. Die auf der Zylindermantelfläche 28 abgeschiedenen Metall-bzw. Kupferionen bilden auf der Zylindermantelfläche 28 der Walzenkathode 22 eine Metall-bzw. Kupfer-Grundschicht aus.

Zwischen der Walzenkathode 22 und dem Anodenkorb 24 ist außerdem eine stab-bzw. stangenförmige Zusatzanode 32 vorgesehen, die in axialer Richtung der Walzenkathode 22 orientiert ist. Die Zusatzanode 32 weist von der Walzenkathode 22 einen wesentlich kleineren Abstand auf als der Anodenkorb 24. Die Zusatzanode 32 und die Walzenkathode 22 sind mit einer zweiten Gleichspannungsquelle 34 zusammengeschaltet. Die Spannung der ersten Gleichspannungsquelle 26 und die Spannung der zweiten Gleichspannungsquelle 34 sind voneinander unabhängig wunschgemäß einstellbar. Die zweite Gleichspannungsquelle 34 bewirkt einen entsprechenden Metall- bzw. Kupfer-Ionenstrom in Richtung von der Zusatzanode 32 zur Walzenkathode 22. Dieser zusätzliche Gleichstrom erzeugt auf der von der Walzenkathode 22 abgewandten Außenseite der Metallgrundschicht eine Blumenkohlstruktur aus dem Metall bzw. aus dem Kupfer, die auf der Metallgrundschicht fest haftend abgeschieden wird, wenn die Spannung der zweiten Gleichspannungsquelle 34 passend eingestellt wird. Zu demselben Zwecke kann die Zusatzanode 32 radial verstellbar sein.

Die auf diese Weise auf der Zylindermantelfläche 28 der Walzenkathode 22 abgeschiedene Metallgrundschicht mit der fest haftenden Blumenkohlstruktur wird kontinuierlich von der sich drehenden Walzenkathode 22 abgelöst, um eine erste Umlenkrolle 36 umgelenkt und durch eine Spüleinrichtung 38 hindurchbewegt.

In dieser Spüleinrichtung 38 wird an der Metallfolie 40, insbes. Kupferfolie, haftender Elektrolyt 14 von der Metallfolie 40 weggespült und nach einer Regenerierung wieder dem Elektrolytbad 10 zugeleitet. Die solchermaßen gereinigte Metallfolie 40 wird anschließend an diesen Spülvorgang durch eine Trocknungseinrichtung 42 hindurchbewegt, in welcher die Metallfolie 40 getrocknet wird. Die getrocknete Metall-bzw. Kupferfolie 40 wird danach um eine zweite Umlenkrolle 44 umgelenkt und durch ein Blackoxide-Bad 46 hindurchtransportiert. Ein solches Blackoxide-Bad 46, d. h. die entsprechende Badlösung, steht auf dem Markt vergleichsweise preisgünstig zur Verfügung. Beispielsweise kann eine solche Blackoxide-Badlösung von der Fa. Blasberg, Riedel bezogen werden, wie aus dem Prospekt dieser Firma"Verfahrensanleitung ENBOND MB 500", Seiten 1 bis 7, ersichtlich ist.

Die mit Blackoxide bedeckte Metallfolie 40 wird aus dem Blackoxide-Bad 46 kommend um eine dritte Umlenkrolle 48 umgelenkt und danach durch eine zweite Spüleinrichtung 50 hindurchbefördert, in der überschüssige Blackoxide-Lösung von der Metall-insbes. Kupferfolie 40 entfernt wird. An die zweite Spüleinrichtung 50 schließt sich in Transport-bzw.

Vorschubrichtung der Metallfolie 40 stromabwärts eine zweite Trocknungseinrichtung 52 an, in der die Metallfolie aus Metallgrundschicht und mit Blackoxide versehener Blumenkohlstruktur zum fertigen Folienprodukt getrocknet wird.

Dieses fertige Folienprodukt kann dann bspw. auf einen Dorn 54 einer Wickelspule 56 aufgewickelt werden.

Fig. 2 zeigt eine REM-Aufnahme eines Flächenabschnittes der erfindungsgemäßen Metall-bzw. Kupferfolie 40, aus der die auf der Metallgrundschicht 58 festhaftend vorgesehene Blumenkohlstruktur 60 deutlich ersichtlich ist. Die Figur 3 verdeutlicht weiter extrem vergrößert die entsprechenden Blumenkohlteilchen 62 der Blumenkohlstruktur 60 der Metall- bzw. Kupferfolie 40, um die durch das Blackoxide erzeugten Fasern bzw. Haare auf der Oberfläche der Blumenkohlteilchen 62 zu verdeutlichen.

Durch die Blumenkohlstruktur 60 und durch die auf den Blumenkohlteilchen 62 ausgebildeten Fasern bzw. Haare des Blackoxides ergibt sich eine ausgezeichnete Schärfestigkeit der erfindungsgemäß hergestellten Metall-bzw. Kupferfolie 60 auf Substraten aus verschiedenen Kunststoffmaterialien, was in Fig. 4 in einer Diagrammdarstellung verdeutlicht ist. Die Fig. 4 verdeutlicht in z-Richtung Abschälfestigkeiten nach IEC 326 in N/mm, in y-Richtung einen Vergleich der Abschälfestigkeiten einer bekannten Metallfolie der eingangs beschriebenen Art, die mittels eines organischen Klebers auf einem Substrat aus den verschiedenen Kunststoffmaterialien fixiert, wird im Vergleich mit einer erfindungsgemäß hergestellten Metall-bzw.

Kupferfolie 40, die auf den entsprechenden Substraten ohne Kleber einfach durch Wärmeeinwirkung bzw. durch Heißprägen fixiert wird. Die Kleberbefestigung ist in der y-Richtung durch "min org."und durch"max org."verdeutlicht. Die Fixierung der erfindungsgemäß hergestellten Folie 40 auf dem entsprechenden Substrat und ohne Kleber ist durch"min anorg."und durch"max anorg."verdeutlicht. Auf der x-Achse der Fig. 4 sind diverse Kunststoffmaterialien für die entsprechenden Substrate bezeichnet. Aus Fig. 4 ist deutlich ersichtlich, daß bei einer Vielzahl von Kunststoffmaterialien die Schärfestigkeit heißgeprägter erfindungsgemäßer Metall-bzw. Kupferfolien erheblich verbessert ist.