Gewölbte Funktionsfolienstruktur und Verfahren zur Herstellung derselben

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine dreidimensional geformte Funktionsfolienstruktur mit einer Sensoreinheit und ein Verfahren zur Herstellung derselben,

Stand der Technik

Derzeit werden Folienoberflächen im Bereich Structural Electronics, In-mold Elektronik und dreidimensional (3D) integrierter Elektronik häufig mit Funktionen versehen. Die Funktionsfolien werden dann in eine dreidimensionale Form gebracht oder in einem Foil Insertion Molding Prozess (FIM) hinterspritzt und damit mechanisch

stabilisiert. Beispiele hierfür sind das europäische Projekt

TERASEL1, in welchem mehrere FIM-Demonstratoren realisiert wurden, wie beispielsweise die 3D-Integration von LEDs auf einer

dreidimensionalen Plastikkalotte bzw . eine Platte mit homogen beleuchteten Vertiefungen basierend auf integrierten LEDs. Außerdem gibt es auf dem Markt ein hinterspritztes LED-Display bzw . ein leuchtendes , flexibles Armband, wobei die LEDs erst auf dehnbaren Substraten mittels Pick&Place platziert und dann leicht verformt werden . Danach erfolgt die Übergießung und Stabilisierung in einem Spritzgussprozess unter Einsatz des Rolle-zu-Rolle-Verfahrens (R2R) . Die Firmen Taktotek und plastic electronic beschäftigen sich ebenfalls mit smarter 3Dintegrierter Elektronik, wobei in beiden Fällen smarte Oberflächen für z.B. Bedienung von Haushaltsgeräten, Weißwaren, Automobilinterieur und Wearables vorgeschlagen werden . Dabei werden verschiedene kapazitive Schalter und Schieberegler auf flachen Foliensubstraten integriert, danach verformt und mittels Spritzgusses stabilisiert .

Durch die Erfindung zu lösende Aufgaben

Der Stand der Technik offenbart j edoch keine Struktur, in der druck- oder temperatursensitive Tasten in eine dreidimensionale Form gebracht worden sind . Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Struktur bereitzustellen, in der Funktionalitäten, z. B. optische,

elektrische und/oder sensorische Funktionalitäten, auf einem dreidimensional geformten und vorzugsweise flexiblen Foliensubstrat aufgebracht sind.

Weitere Aufgaben der Erfindung sind, eine transparente, flexible Sensortaste auf einem Foliensubstrat mit folgenden Eigenschaften herzustellen: (i) Druck- bzw . Temperaturempfindlichkeit der

Sensortaste, (ii) Teiltransparenz für Be- bzw. Hinterleuchtung der Taste durch entweder neben dem Sensor befestigte LEDs oder

Wellenleiter zur Lichtverteilung entfernter LEDs, (iii)

Verformbarkeit des bestückten und bedruckten Substrats durch thermische Umformprozesse wie z . B . Vakuumtiefziehen oder

Hochdruckformen .

Zusammenfassende Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe wurde durch Bereitstellen einer Funktionsfolienstruktur gelöst, die eine Sensortaste auf einem Foliensubstrat angeordnet aufweist, wobei die Funktionsfolienstruktur durch thermische

Umformprozesse wie z.B. Vakuumtiefziehen oder Hochdruckformen in eine dreidimensionale Form gebracht wird.

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist insbesondere in den folgenden Punkten [1] bis [15] definiert:

[1] Funktionsfolienstruktur mit einer Wölbung, erhältlich durch ein Verfahren, das folgende Schritte umfasst:

(a) das Bereitstellen einer Funktionsfolie, enthaltend ein

Foliensubstrat und eine darauf angeordnete Sensoreinheit, die einen auf Druck- und/oder Temperaturänderung reagierenden Sensor und einen damit verbundenen Leiter aufweist, und

(b) das Formen der Wölbung in der Funktionsfolie in einem

Bereich, der den Sensor und den Leiter zumindest teilweise enthält, wobei der Leiter und der Sensor gedehnt werden.

Die Wölbung der erfindungsgemäßen Funktionsfolienstruktur weist also zumindest einen Teil des Sensors und einen Teil des Leiters auf, wobei der Teil des Sensors und der Teil des Leiters gedehnt werden. Vorzugsweise ist der Sensor vollständig in dem gewölbten Bereich enthalten .

[2] Funktionsfolienstruktur nach Punkt [1] , wobei der Sensor ein Schichtsensor ist, der eine erste elektrisch leitfähige Schicht, eine Schicht aus einem ferroelektrischen Polymer und eine zweite elektrisch leitfähige Schicht in dieser Reihenfolge enthält.

In einer bevorzugten Ausführungsform nach Punkt [2] ist der Sensor vollständig in dem gewölbten Bereich enthalten und in z-Ebene um mindestens 3 mm aus der x-y-Ebene der Funktionsfolie heraus gewölbt .

[3] Funktionsfolienstruktur nach Punkt [2], wobei die

ferroelektrische Polymerschicht, die elektrisch leitfähigen

Schichten und der Leiter druckbar sind.

[4] Funktionsfolienstruktur nach einem der vorstehenden Punkte, wobei der Bereich mit dem Sensor dicker als der dazu benachbarte Bereich ist.

Bevorzugt ist eine Struktur nach Punkt [1] und [4], wobei der Sensor vollständig in dem gewölbten Bereich enthalten ist und der Bereich mit dem Sensor mindestens 0,1 mm, bevorzugt mindestens 0,3 nun dicker als der dazu benachbarte Bereich ist.

[5] Funktionsfolienstruktur nach einem der vorstehenden Punkte, die selbsttragend ist.

[6] Funktionsfolienstruktur nach einem der vorstehenden Punkte, wobei die Wölbung einen Bereich mit einer Dehnung von mindestens 20 % im Vergleich zu dem nicht gewölbten Bereich aufweist.

[7] Funktionsfolienstruktur nach einem der vorstehenden Punkte, wobei auf dem Foliensubstrat eine Bauteilebefestigungsstruktur aufgebracht ist, die einen leitfähigen Kleber, elektrische Bauteile und einen Lack in dieser Reihenfolge enthält.

[8] Funktionsfolienstruktur nach Punkt [7], enthaltend eine

Klebefolie über der Bauteilebefestigungsstruktur oder der

Bauteilebefestigungsstruktur und dem Schichtsensor zum Kleben an das Foliensubstrat.

[9] Funktionsfolienstruktur nach einem der vorstehenden Punkte, die ein lichtemittierendes Element enthält, das über einen Wellenleiter so mit dem Sensor gekoppelt ist, dass es den Sensor zum Leuchten bringen kann .

[10] Funktionsfolienstruktur mit einer Funktionsfolie, die ein Foliensubstrat und eine darauf angeordnete Sensoreinheit, die einen auf Druck- und/oder Temperaturänderung reagierenden Sensor und einen damit verbundenen Leiter aufweist, sowie eine Wölbung in einem Bereich beinhaltet, der den Sensor und den Leiter zumindest

teilweise enthält, wobei der Leiter und der Sensor gedehnt sind.

Die Funktionsfolienstruktur weist bevorzugt die kennzeichnenden Merkmale nach einem der Punkte [1] bis [9] auf.

[11] Verfahren zum Herstellen einer Funktionsfolienstruktur nach einem der vorstehenden Ansprüche, das folgende Schritte umfasst:

(a) das Bereitstellen einer Funktionsfolie, enthaltend ein

Foliensubstrat und eine darauf angeordnete Sensoreinheit, die einen Sensor und einen damit verbundenen Leiter aufweist, und

(b) das Formen einer Wölbung in der Funktionsfolie in einem Bereich, der den Sensor und den Leiter zumindest teilweise enthält, wobei der Leiter und der Sensor gedehnt werden.

[12] Verfahren nach Punkt [11], wobei Schritt (a) das Bereitstellen des Foliensubstrats, das Bestücken des Foliensubstrats mit dem Sensor, dem Leiter und anderer Elemente sowie das Aufbringen einer Folie auf das bestückte Foliensubstrat zur Herstellung der

Funktionsfolie umfasst.

[13] Verfahren nach Punkt [11] oder [12], wobei der Sensor einen Schichtaufbau aufweist, die anderen Elemente SMD-Bauteile umfassen und das Aufbringen der Folie auf das bestückte Foliensubstrat eine thermische Lamination mit einer Schmelzklebefolie ist.

[14] Verfahren nach Punkt [12] oder [13], wobei die Herstellung des Schichtaufbaus des Sensors mittels Siebdrucks oder Gravurdrucks mit dazwischenliegenden Ausheizschritten durchgeführt wird und/oder der Leiter mittels Siebdrucks und einem nachfolgenden Ausheizschritt aufgebracht wird.

[15] Verfahren nach einem der Punkte [11] bis [14], wobei Schritt (b) durch ein Hochdruckverformungsverfahren oder Tiefziehverfahren gegen ein geeignetes Werkzeug erfolgt. Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Funktionsfolienstruktur weist einen Sensor in einer gewölbten Struktur auf. Dieser Aufbau hat gegenüber einem Sensor in einer planen Struktur den grundlegenden Vorteil, dass der Sensor exponiert ist und dadurch seine Empfindlichkeit erhöht oder seine Größe verringert werden kann, sowie eine haptische Struktur die Ertastbarkeit von Sensorelementen unterstützt. Beispielsweise ist ein Drucksensor in der exponierten gewölbten Struktur gegenüber Druckbeaufschlagung empfindlicher als ein Drucksensor in einer planen Fläche, wo die Druckbelastung teilweise auf die Gesamtfläche abgeleitet und dadurch verteilt wird.

Zudem ist in einer gewölbten Struktur die Gesamtoberfläche erhöht, so dass die Fläche des Sensors und damit seine Empfindlichkeit erhöht werden kann.

Die erfindungsgemäße Funktionsfolienstruktur ist für die Anwendung als Taste bzw. Tastenarray mit nahtloser Oberfläche in z.B. einer Bedienkonsole geeignet.

Die erfindungsgemäße Struktur weist eine hohe Druck- bzw.

Temperaturempfindlichkeit der Sensortaste auf, welche auf

verschiedene Tastendruckniveaus bzw. auf Personenannäherung reagieren und ein proportionales elektrisches Signal erzeugen.

Die in der vorliegenden Erfindung eingesetzten Folientastaturen weisen die üblichen Vorteile von Folientastaturen auf, nämlich eine geringe Verschmutzungsanfälligkeit, hohe Haltbarkeit, schnelle Anpassung des Designs und einen kostengünstigen und gut

kontrollierbaren Herstellungsprozess .

Weitere Vorteile sind freies Design und freie Gestaltbarkeit im Sinne eines "Function follows Form"-Ansatzes, eine beliebige

Sensorform, eine flache und leichte Sandwichbauweise, Transparenz sowie die Herstellung mittels massentauglicher Methoden wie beispielsweise Siebdruck, Schablonendruck und Pick&Place.

Kabelbäume und komplizierte Assemblierung von Komponenten und Funktionseinheiten werden vermieden. Die Vorteile auf der

Herstellerseite sind daher eine Kostenreduktion durch einfachere Herstellung und Montage und eine bessere Umweltbilanz durch verkürzte Lieferwege. Für den Benutzer sind eine intuitive Bedienung, geringeres Volumen und Gewicht, elegantes Design und einfache Reinigung der nahtlosen Bedienoberfläche von Vorteil,

Die erfindungsgemäße Struktur weist eine hohe Verformbarkeit des bestückten und bedruckten Substrats durch thermische Umformprozesse wie z.B, Vakuumtiefziehen oder Hochdruckformen auf.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Struktur teiltransparent für Be- bzw, Hinterleuchtung der Taste durch entweder neben dem Sensor befestigte LEDs oder Wellenleiter zur Lichtverteilung entfernter LEDs.

Beschreibung der Figuren

Figur 1 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dessen Herstellung wurde ein Funktionsmuster einer hinterleuchteten und dreidimensional geformten druckempfindlichen Sensortaste mit nahtloser Oberfläche hergestellt, wobei die Sensortaste zuerst auf einem flachen Substrat mit einem geeigneten Verfahren angebracht wird und danach mit einem geeignetem Verfahren dreidimensional verformt wird. Alle Funktionalitäten (optische, elektrische, sensorische) werden zuerst auf einem einzigen . Foliensubstrat integriert, und anschließend erfolgt die Überführung in die dreidimensionale Form.

Figuren la) und 1b) zeigen die Funktionsfolienstruktur vor der Formung; Figuren 1c) und Id) zeigen die Funktionsfolienstruktur nach der Verformung, also die erfindungsgemäße

Funktionsfolienstruktur ,

Figur 2 zeigt ein Schema einer hinterleuchteten druck- oder temperatursensitive Foliensensortaste, die eine dreidimensionale Form aufweist (z.B. Konsole) und zusätzlich noch Laminat,

Streuschicht/Schmelzklebefolie und Konturfarbe besitzt.

Ausftihrunqsformen der Erfindung

Die erfindungsgemäße Funktionsfolienstruktur umfasst ein

Foliensubstrat und eine darauf angeordnete Sensoreinheit. Mit anderen Worten ist die Sensoreinheit, vorzugsweise unmittelbar, auf der Oberfläche des Foliensubstrats aufgebracht.

Die erfindungsgemäße Funktionsfolienstruktur weist eine Sensoreinheit oder mehrere Sensoreinheiten auf. Sie dient damit der Messung von Änderungen in der Umgebung. Bei Anwesenheit von mehreren Sensoreinheiten können diese unterschiedliche

Umgebungseigenschaften messen.

Der Sensor reagiert auf mindestens eine Änderung einer

Umgebungseigenschaft, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Druck, Temperatur, Lichtstärke, Luftfeuchtigkeit oder

Gaskonzentration besteht.

Vorzugsweise misst die Sensoreinheit einen Druckunterschied und/oder Temperaturunterschied, stärker bevorzugt beides.

Dieser externe Stimulus wird vorzugsweise in eine proportionale Ladungsmenge umgewandelt.

Vorzugsweise ist die Sensoreinheit auf der dreidimensional

verformten, zusammenhängenden Oberfläche des Foliensubstrats integriert .

Die in der vorliegenden Erfindung verwendete Sensoreinheit, die einen Sensor und einen damit verbundenen Leiter enthält, ist hinsichtlich der Anzahl der Sensoren und der Leiter nicht

eingeschränkt. Vielmehr kann die Sensoreinheit eine Vielzahl von Sensoren aufweisen. Jeder dieser Sensoren kann eine Vielzahl von Leitern aufweisen. Die Ausdrücke „ein Sensor" und „ein Leiter" bedeuten also „mindestens ein Sensor" bzw. „mindestens ein Leiter". Entsprechend stehen die Ausdrücke „enthält ... einen Sensor" und „enthält ... einen Leiter" oder sinngemäße Formulierungen also synonym für „enthält ... mindestens einen Sensor" bzw. „enthält ... mindestens einen Leiter". Diese gilt entsprechend auch für die anderen Elemente der erfindungsgemäßen Funktionsfolienstruktur, z. B. die Wölbung.

Der mit dem Sensor verbundene Leiter kann ein beliebiger Leiter sein. Er kann ein elektrischer Leiter sein und in der Form einer Leiterbahn vorliegen. Er kann auch ein optischer Leiter sein, z. B ein Wellenleiter zur Leitung von Licht von einer LED zu einem Sensor .

Der Sensor in der erfindungsgemäßen Funktionsfolienstruktur reagiert vorzugsweise auf Druckunterschiede zwischen 5 g (5 mbar für 1 cm ² Fläche) und 1000 kg (1000 bar für 1 cm ² Fläche) , stärker bevorzugt 10 g bis 100 kg, und/oder auf Temperaturunterschiede von mindestens 0,1 K, stärker bevorzugt mindestens 0,2 K und am stärksten bevorzugt mindestens 0,5 K.

Die erfindungsgemäße Funktionsfolienstruktur weist eine flächige Struktur der Folie auf. Das heißt, die Länge in x-Richtung und die Breite in y-Richtung sind jeweils vorzugsweise um einen Faktor von mindestens 10, stärker bevorzugt mindestens 50, noch stärker bevorzugt mindestens 100 größer als die Dicke in z-Richtung . In der Funktionsfolienstruktur weisen vorzugsweise auch die Elemente also solche, zumindest das Foliensubstrat und zumindest der Sensor, vorzugsweise die gesamte Sensoreinheit, eine flächige Struktur gemäß der angegebenen Definition auf.

Die erfindungsgemäße Funktionsfolienstruktur hat eine Gesamtdicke der Funktionsfolie von vorzugsweise 20 mih bis 10 mm, stärker bevorzugt 50 ym bis 5 mm, noch stärker bevorzugt 100 mih bis 1 mm.

In bevorzugten Ausführungsformen ist die Dicke des Foliensubstrats 20 bis 1000 ym und die Dicke der Sensoreinheit 1 bis 100 ym, stärker bevorzugt ist eine Kombination aus einer Dicke des

Foliensubstrats von 50 bis 500 ym und einer Dicke der Sensoreinheit von 1 bis 50 ym.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind sowohl das Foliensubstrat als auch die Sensoreinheit thermoplastisch verformbar. Somit ist die ganze Funktionsfolie thermoplastisch verformbar.

In einer Ausführungsform weist die Funktionsfolienstruktur in dem Bereich mit Sensoreinheit und Leiter die gleiche Dicke auf wie der unmittelbar benachbarte Bereich ohne Sensoreinheit und Leiter. In dem Übergangsbereich sind die Dicken also durchgehend gleich. Sie können um höchstens 10 % oder weniger als 50 ym, weniger als 20 ym oder weniger als 10 ym voneinander abweichen. Dadurch kann man den Bereich der Sensoreinheit nicht ertasten.

In einer anderen Ausführungsform weist die Funktionsfolienstruktur in dem Bereich mit Sensoreinheit eine andere Dicke auf als der unmittelbar benachbarte Bereich ohne Sensoreinheit. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Bereich mit Sensoreinheit um den Bereich des Sensors, stärker bevorzugt ausschließlich um den Bereich des Sensors, also ohne den Leiter oder sonstige benachbarte Strukturen. In dem Übergangsbereich sind die Dicken also unterschiedlich. Dabei kann der Bereich mit Sensor dicker oder dünner sein als der Bereich ohne Sensor. In beiden Fällen kann man somit den Bereich des

Sensors ertasten. Die Dicken können sich vorzugsweise um 1 bis 2000 pm, stärker bevorzugt 10 bis 500 pm unterscheiden. Noch bevorzugter sind Unterschiede im Bereich von 50 bis 1000 pm, 100 bis 500 pm oder 50 bis 300 pm.

Der Ausdruck „Funktionsfolie" bezeichnet die erfindungsgemäße Funktionsfolienstruktur vor dem Formen, also vor dem Bilden der Wölbung.

Der Sensor, der auf Druckunterschiede und/oder Temperaturunter schiede reagiert, kann beispielsweise auf die Berührung mit einem Finger des Anwenders reagieren. Deshalb kann der Sensor auch als Schalter, Schaltelement oder Sensortaste bezeichnet werden.

Die erfindungsgemäße Funktionsfolienstruktur ist vorzugsweise flexibel oder weist vorzugsweise flexible Bereiche auf.

Insbesondere ist es bevorzugt, dass der Bereich um die Sensortaste herum flexibel ist, damit diese bei Bedienung durch den Anwender, das heißt beim Drücken der Taste mit einem Finger, elastisch nachgibt. Daher sollte der Bereich, der die Sensortaste

einschließt, flexibel sein. Dieser Bereich befindet sich

vorzugsweise zumindest teilweise, stärker bevorzugt vollständig, in einem gewölbten Bereich. Die Flexibilität bzw. Nachgiebigkeit des Bereichs sollte vorzugsweise so sein, dass bei Raumtemperatur bei einer senkrechten Belastung der Sensortaste, die sich mittig in einem Probenstück der Funktionsfolienstruktur von 3 cm x 3 cm befindet, mit einem Gegenstand einer Masse von 100 g und einer Berührungsfläche von 1 cm ² in Belastungsrichtung eine Verformung von mindestens 1 pm, stärker bevorzugt mindestens 10 pm und noch stärker bevorzugt mindestens 50 pm erfolgt. Beispiele von

bevorzugten Verformungsbereichen sind unter 1 bis 1000 pm, 10 bis 1000 pm, 50 bis 1000 pm, 1 bis 500 pm, 10 bis 500 pm oder 100 bis 500 pm ausgewählt.

Die erfindungsgemäße Funktionsfolienstruktur ist vorzugsweise selbsttragend. Das heißt, sie ist ohne Träger bei Raumtemperatur formstabil. Sie weist vorzugsweise keinen Träger auf. Die erfindungsgemäße Funktionsfolienstruktur ist vorzugsweise selbsttragend, also ohne Träger, und flexibel bzw. weist flexible Bereich auf.

Sie ist also flächig und bevorzugt selbsttragend und flexibel.

Die erfindungsgemäße Funktionsfolienstruktur kann aber auch einen Träger aufweisen. Die Funktionsfolie kann nach dem Verformen auf einen Träger aufgebracht werden. Dadurch kann die Trägerstruktur genau an die Funktionsfolienstruktur angepasst werden. Alternativ kann der Träger eine Wölbung aufweisen, und Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein Verformen der Funktionsfolie durch Aufbringen auf den gewölbten Träger sein. Auf diese Weise kann die Funktionsfolienstruktur genau an die Trägerstruktur angepasst werden.

Beim Verformen in Schritt (b) werden bevorzugt sowohl der Sensor als auch der Leiter gedehnt, wobei der Leiter ein elektrischer Leiter und/oder ein Lichtleiter sein kann.

Die erfindungsgemäße Funktionsfolienstruktur kann eine beliebige Form, beispielsweise in der Draufsicht ein kreisförmiges,

elliptisches, quadratisches oder rechteckiges Design, aufweisen.

Wölbung

Die erfindungsgemäße Funktionsfolienstruktur weist mindestens eine Wölbung und damit eine dreidimensionale Struktur auf.

Die Wölbung ist so definiert, dass die Funktionsfolie aus der x-y- Ebene an mindestens einem Punkt in z-Richtung um einen Wert verformt ist, der beispielsweise mindestens der 2-fachen Dicke der Funktionsfolie entspricht. Dieser Wert wird in der vorliegenden Erfindung als Wölbung „einer Höhe von mindestens Faktor 2" bezeichnet. Andere Beispiele einer Wölbung sind eine Höhe von mindestens Faktor 5, mindestens Faktor 10 oder mindestens Faktor 20. Der gewölbte Bereich ist in z-Richtung um vorzugsweise mindestens 1,0 mm, stärker bevorzugt mindestens 3,0 mm aus der umgebenden x-y-Ebene verformt.

Die erfindungsgemäße Funktionsfolienstruktur weist also bevorzugt in jeder Richtung x, y, und z einen Wert auf, der mindestens der 2- fachen, mindestens der 5-fachen, mindestens der 10-fachen oder mindestens der 20-fachen Dicke der Funktionsfolie entspricht.

In der vorliegenden Erfindung werden die Parameter x, y und z wie folgt ermittelt: Die Länge in x-Richtung und y-Richtung ergibt sich für eine Struktur beliebiger Form dadurch, dass sie in einen rechteckigen Rahmen kleinstmöglicher Fläche eingepasst wird und die Länge des Rahmens als x-Richtung und die Breite als y-Richtung angenommen wird. Die Höhe der Struktur ist die z-Richtung .

Die Krümmung der Wölbung in der erfindungsgemäßen Struktur ist vorzugsweise so stark, dass an mindestens einem Punkt an die

Struktur eine Tangente so angelegt werden kann, dass sie sich auf einer gegebenen Strecke, z. B. 10 mm, um mindestens ein Zehntel dieser Strecke, also z. B. 1 mm, von der Tangente entfernt. Dieser Wert wird in der vorliegenden Erfindung als „Krümmung von

mindestens 1/10" bezeichnet. In bestimmten Ausführungsformen ist die so definierte Krümmung mindestens 2/10, 5/10 oder 10/10.

Das Formen der Wölbung spiegelt sich in der Dehnung der Folie und der darin enthaltenen Bestandteile wider. Ein in der Folie

enthaltener Leiter, beispielsweise eine elektrische Leitung, wird durch die Dehnung in der Draufsicht schmäler und/oder in der

Querschnittsfläche kleiner. In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Wölbung so stark, dass in der Wölbung ein Bereich vorhanden ist, wo ein und derselbe Leiter eine verringerte Querschnittsfläche und/oder in der Draufsicht eine verringerte Breite im Vergleich zu dem nicht gewölbten oder einem weniger gewölbten Bereich aufweist. Die Querschnittsfläche und/oder die Breite des Leiters ist auf einen Wert von höchstens 95 %, höchstens 90 %, höchstens 80 % oder höchstens 50 % der Querschnittsfläche und/oder Breite im nicht gewölbten oder einem weniger gewölbten Bereich verringert.

Die Verringerung der Querschnittsfläche und/oder der Breite des Leiters ist in einem gegebenen Bereich einer Wölbung vorzugsweise proportional zum Ausmaß der Verformung. Das heißt, dass in einem stark gekrümmten Bereich der Wölbung der Leiter entsprechend stark gedehnt wird und folglich seine Breite in der Draufsicht und/oder seine Querschnittsfläche entsprechend stark verringert wird. Entsprechendes gilt nicht nur für den Leiter, sondern auch für die anderen dehnbaren Elemente der Funktionsfolienstruktur, z. B, den Sensor .

Außerdem zeigen sich in der Wölbung vermehrt Mikrorisse in dem Leiter, Das heißt, die Anzahl der Mikrorisse im gewölbten Bereich ist höher als im nicht gewölbten oder einem weniger gewölbten Bereich .

Ein weiteres Merkmal der Wölbung ist die unterschiedliche Struktur der Polymere im Vergleich zum nicht gewölbten Bereich oder einem weniger gewölbten Bereich. Ein Unterschied ist beispielsweise die Kristallstruktur der Polymere im Foliensubstrat und/oder im

Sensorelement ,

In der vorliegenden Erfindung schließt der Ausdruck „Dehnung" bzw. „dehnen" das bloße Biegen, Knicken oder Falten einer Struktur aus.

Vorzugsweise sind in der Wölbung der Funktionsfolienstruktur sowohl der Sensor bzw. die Sensoren als auch der damit verbundene bzw, die damit verbundenen Leiter gedehnt.

Die Wölbung weist in einer Ausführungsform mindestens einen Bereich auf, wo mindestens ein Element der Struktur, vorzugsweise der Leiter, im Vergleich zum nicht gewölbten oder einem weniger gewölbten Bereich um mindestens 5 %, mindestens 10 %, mindestens 20 % oder mindestens 30 % gedehnt ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform hat die erfindungsgemäße Funktionsfolienstruktur eine Dicke von mindestens 0,05 mm, eine Länge und Breite von mindestens je 1 cm, eine Wölbung einer Höhe von mindestens Faktor 2 und eine Krümmung von mindestens 1/10.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform hat die

erfindungsgemäße Funktionsfolienstruktur eine Dicke von mindestens 0,1 mm, eine Länge und Breite von mindestens je 3 cm, eine Wölbung einer Höhe von mindestens Faktor 4 und eine Krümmung von mindestens 2/10.

In einer weiteren Ausführungsform hat die erfindungsgemäße

Funktionsfolienstruktur eine Dicke von 0,05-10 mm, eine Länge und Breite von je 1-100 cm, eine Wölbung einer Höhe von mindestens Faktor 2 und eine Krümmung von mindestens 1/10. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform hat die erfin dungsgemäße Funktionsfolienstruktur eine Dicke von 0,1-2 mm, eine Länge und Breite von je 3-20 cm, eine Wölbung einer Höhe von mindestens Faktor 4 und eine Krümmung von mindestens 2/10.

Die erfindungsgemäße Funktionsfolienstruktur kann eine oder mehrere Wölbungen aufweisen. Die mehreren Wölbungen können zusammenhängend sein, oder sie können unabhängig voneinander sein, so dass sie durch Bereiche getrennt sind, wo das Foliensubstrat nicht verformt ist .

Foliensubstrat

Das Foliensubstrat dient als Träger für die Sensoreinheit.

Es trägt vorzugsweise alle elektrischen Bauteile der

erfindungsgemäßen Funktionsfolienstruktur .

Das Foliensubstrat ist vorzugsweise flexibel. Die Flexibilität ist so definiert, dass bei Raumtemperatur bei einer senkrechten

Belastung eines Probenstücks des Foliensubstrats von 3 cm x 3 cm mit einem Gegenstand einer Masse von 100 g und einer

Berührungsfläche von 1 cm ² in Belastungsrichtung eine elastische Verformung von mindestens 1 pm, stärker bevorzugt mindestens 10 pm und noch stärker bevorzugt mindestens 50 pm erfolgt. Beispiele von bevorzugten elastischen Verformungsbereichen sind unter 1 bis 1000 pm, 10 bis 1000 pm, 50 bis 1000 pm, 1 bis 500 pm, 10 bis 500 pm oder 100 bis 500 pm ausgewählt.

Als Foliensubstrate kommen beispielsweise Trägerfolien,

vorzugsweise flexible Kunststofffolien, beispielsweise aus PI (Polyimid) , PP (Polypropylen) , PMMA (Polymethylmethacrylat) , MOPP (monoaxial verstreckte Folie aus Polypropylen) , PE (Polyethylen) , PPS (Polyphenylensulfid) , PEEK (Polyetheretherketon) , PEK

(Polyetherketon) , PEI (Polyethylenimin) , PSU (Polysulfon) , PAEK (Polyaryletherketon) , LCP (flüssigkristalline Polymere) , PEN

(Polyethylennaphthalat) , PBT (Polybutylenterephthalat ) , PET

(Polyethylenterephthalat) , PA (Polyamid) , PC (Polycarbonat) , COC (Cycloolefin-Copolymer) , POM (Polyoxymethylen) , ABS (Acrylnitril- Butadien-Styrol-Copolymer) , PVC (Polyvinylchlorid) , PTFE

(Polytetrafluorethylen) , ETFE (Ethylentetrafluorethylen) , PFA (Tetrafluorethylen-Perfluorpropylvinylether-Fluorcopolymer) , MFÄ (Tetrafluor-methylen-Perfluorpropylvinylether-Fluorcopolymer ) , PTFE (Polytetra-fluorethylen) , PVF (Polyvinylfluorid) , PVDF

(Po1yvinylidenfluorid) , und EFEP {Ethylen-Tetrafluorethylen- Hexafluorpropylen-Fluorterpolymer) in Frage.

Das Foliensubstrat kann einschichtig oder mehrschichtig sein. Ein einschichtiges Substrat kann aus einem der genannten Materialien bestehen, beispielsweise aus PET, PC, PA, PMMA, oder PI.

Ein mehrschichtiges Foliensubstrat ist vorzugsweise ein

Folienverbund. Dieses kann beispielsweise aus einer Material

kombination aus den oben angeführten Materialien bestehen.

Die Folie bzw. der Folienverbund weist eine flächige Struktur auf. Das heißt, die Länge in x-Richtung und die Breite in y-Richtung sind jeweils vorzugsweise um einen Faktor von mindestens 10, stärker bevorzugt mindestens 50, noch stärker bevorzugt mindestens 100 größer als die Dicke in z-Richtung.

In EP 2 014 440 Äl werden hinterspritzbare Folien bzw. bahnförmige Laminate aus einer Dekorfolie und einer Trägerfolie beschrieben. Dekorfolie und Trägerfolie sind durch ein 2-Komponenten-KlebeSystem verbunden. Die Dekorfolie kann vorzugsweise aus PMMA, PC, PS, PET oder ABS, PP, PU bestehen. Die Dicke der Dekorfolie beträgt etwa 6 bis 500 gm. Die Trägerfolie kann aus gleichem oder

unterschiedlichem Material bestehen wie die Dekorfolie. Die Dicke der Trägerfolie beträgt etwa 50 - 800 pm, vorzugsweise 150 - 500 mpi.

In WO 2016/042414 A2 wird ein Verfahren zur Herstellung eines umgeformten Schaltungsträgers in Form eines Laminats aus

Haftvermittlerfolie, ggf. Kleberschicht, Schaltungsträgerfolie und rein metallischer Leiterbahn beschrieben.

Die Herstellung des Folienverbundes kann wie folgt durchgeführt werden: Das flächige Verbinden des Foliensubstrats (z.B. PEN) und der Trägerfolie (z.B. ABS) kann mittels eines Nasskaschiervorgangs in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren erfolgen. Beim Kaschiervorgang wird zunächst ein flüssiger Kaschierkleber auf eine der beiden Folien aufgetragen, ggf. vorgetrocknet und die so beschichtete Folie anschließend unter Einwirkung von Druck und/oder Temperatur mit der anderen Folie verbunden. Es können beispielsweise

Kaschierkleber auf Wasser oder auf Lösemittelbasis verwendet werden. Zur Erhöhung der Beständigkeit der Kaschierung werden bevorzugt 2-komponentige Kaschierkleber eingesetzt. Alternativ können UV-härtende Kaschierkleber verwendet werden. Der

Kaschierkleber kann beispielsweise durch Lackieren, durch bekannte Druckverfahren, wie Flexodruck-, Tiefdruck-, Offsetdruckverfahren, Curtain Coating, durch Sprühen, durch Rakeln und dergleichen aufgebracht werden.

Sensor oder Folientastatur

Der Sensor bzw. die Folientastatur hat vorzugsweise eine flächige Struktur. Vorzugsweise weist die gesamte Sensoreinheit eine flächige Struktur auf.

Flächig heißt, dass die Länge in x-Richtung und die Breite in y- Richtung sind jeweils vorzugsweise um einen Faktor von mindestens 10, stärker bevorzugt mindestens 50, noch stärker bevorzugt mindestens 100 größer als die Dicke in z-Richtung .

Der Sensor bzw. die Folientastatur ist vorzugsweise flexibel.

Folientastaturen bestehen herkömmlich aus Drucktasten, die meistens einen elektrischen Kontakt zwischen der Oberfläche mit

aufgedruckten Tastensymbolen und einem darunter befindlichen

Schaltkreis herstellen .

Es gibt eine Technologie, die die intuitive Bedienung von mobilen elektronischen Funktionsfolienstrukturen ( z . B . Fernbedienung von Industrierobotern) mittels drucksensitiver Sensortasten an Stelle von Drehreglern, Tastern und Schaltern ermöglicht. Die intuitive Bedienung bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Taste eine Signalhöhe erzeugt, die der Höhe des aufgebrachten Tastendrucks proportional ist. Damit wirkt die Taste als analoge Taste und nicht als reiner Ein-Aus-Schalter. Diese Tasten basieren auf der

PyzoFlex® Sensortechnologie. Die Technologie basiert auf Sensoren aus speziellen Polymeren, welche lokale Druck- und

Temperaturänderungen hochpräzise erfassen können. In dieser

Technologie werden sowohl der pyroelektrische Effekt als auch der piezoelektrische Effekt genutzt. Ein Sensorelement besteht aus einer gepolten, zwischen zwei gedruckten Elektroden eingebetteten, ferroelektrischen Polymerschicht und bildet somit ein kapazitives Element. Diese Polymerschicht enthält ferroelektrische Kristallite, deren elektrisches Dipolmoment durch Polung in einem elektrischen Feld ausgerichtet werden kann. Nach dieser Polungsaktivierung werden in der Sensorschicht durch kleinste Druck- oder

Temperaturänderungen elektrische Ladungen erzeugt, die zu den Elektroden fließen und als Spannungssignale, Stromsignale oder Ladungsmenge ausgelesen werden können. Die detektierte Signalhöhe ist dabei proportional zur Stärke bzw. Geschwindigkeit der

Berührung. Das heißt, es kann nicht nur erfasst werden wo berührt wird, sondern auch wie stark und wie schnell. Die Materialbasis bilden ferroelektrische Co-Polymere aus der PVDF-Klasse . Mit den großflächig druckbaren Sensoren der PyzoFlex®-Technologie werden die durch Berührung entstehenden Deformationen der aktiven Schicht über den piezoelektrischen Effekt in elektrische Energie

umgewandelt (Piezogeneratoren) , auf der Bedienfläche lokalisiert und deren Druckkraft quantifiziert. Diese Sensoren können mittels Siebdruckverfahrens auf flexiblen Oberflächen sehr kostengünstig hergestellt werden. Überall wo Druck- und Temperaturänderungen, Schwingungen, und Stoßwellen auftreten, können Piezogeneratoren die mechanischen Deformationen {Dickenänderungen) und Pyrogeneratoren die Temperaturunterschiede in elektrische Energie umwandeln, um als energieeffiziente analoge Tasten zu fungieren. Als Materialbasis der PyzoFlex®-Technologie kann dabei ein ferroelektrisches Co- Polymer (P (VDF-TrFE) , Polyvinylidenfluorid-Trifluorethylen) dienen, welches zwischen gedruckten Elektrodenebenen eingebettet ist und nach einer elektrischen Polung starke piezo- und pyroelektrische Aktivität zeigt, eine hohe chemische Robustheit aufweist, sehr UV- beständig und witterungsfest, sowie schwer entflammbar ist .

Als Elektroden können elektrisch leitfähige Polymere, wie PEDOT : PSS (PEDOT : PSS : Poly (3, 4-ethylenedioxythiophen) polystyrolsulfonat) , oder Carbon eingesetzt werden .

Poly-3, 4-ethylendioxythiophen ( PEDOT) ist ein elektrisch

leitfähiges Polymer auf Thiophenbasis .

Die PVDF-TrFE Sensoren sind in der Lage, Druckunterschiede

(typischerweise zwischen wenigen Gramm und mehreren Kilogramm) zu erkennen. Je nach (anwendungsspezifischer) Elektronik und Anzahl der verwendeten Sensoren können diese hochfrequent abgetastet werden, wodurch schnelle Reaktionszeiten und eine flüssige

Interaktion ermöglicht werden.

Die Herstellung der Foliensensortasten kann beispielsweise wie folgt durchgeführt werden: Die einzelnen Schichten der

Foliensensortaste (Sensorsandwich, Leiterbahnen) und die Dekorfarbe wurden mittels additiven Siebdruckverfahren inkl . Zwischentrocknung durch eine Maske (Sieb/Schablone) auf einen vorgeschnittenen

Folienverbund (z.B. PEN/ABS) strukturiert aufgebracht. Die

Druckreihenfolge ist wie folgt: Auf der bedruckbaren PEN-Seite des Folienverbundes wird erst eine PEDOT : PSS Schicht für die

Grundelektroden (Schichtdicke 1 pm) gedruckt, dann die

ferroelektrische Sensorschicht {Schichtdicke 10 pm) , dann werden die PEDOT: PSS Deckelektroden (Schichtdicke 1 pm) , dann eine

Carbonschicht {Schichtdicke 1-3 pm) als leitende Diffusionssperre und schließlich elektrische Leiterbahnen (z.B. aus Silber)

(beispielsweise mit Breite 2 mm) für die Kontaktierung nach außen aufgetragen. Außerdem wird in allen Bereichen außerhalb des semitransparenten Tastenbereichs (siehe Figur 2) eine schwarze, und daher gut absorbierende, nichtleitende Dekorfarbe/Konturfarbe aufgedruckt, bevorzugt auf die Rückseite des Folienverbundes (ABS) . Zwischen den Druckschritten wird bei 60-65 °C ausgeheizt. Generell muss darauf geachtet werden, dass alle gedruckten Materialien auch bei der Erwärmung während des Verformungsprozesses eine gute

Haftung zu der jeweilig darunterliegenden Struktur behalten, sowie eine genügende Dehnbarkeit für die Verformung aufweisen.

Der in der vorliegenden Erfindung eingesetzte Sensor weist in einer Ausführungsform einen Schichtaufbau (Sandwichaufbau) auf

(Schichtsensor) . Dieser umfasst eine erste elektrisch leitfähige Schicht, eine Schicht aus einem ferroelektrischen Polymer und eine zweite elektrisch leitfähige Schicht in dieser Reihenfolge.

Die elektrisch leitfähigen Schichten können als Elektrodenschichten oder Elektroden bezeichnet werden.

Die ferroelektrische PoymerSchicht kann ein, vorzugsweise

druckbares, PVDF-TrFE-Copolymer sein. Darin kann das Molverhältnis PVDF : TrFE beispielsweise 50:50 bis 85:15, bevorzugt 70:30 bis 80:20 sein .

Die ferroelektrische Poymerschicht kann ein, vorzugsweise

druckbares, PVDF-TrFE-CFE- oder PVDF-TrFE-CTFE-Terpolymer sein. Darin kann das Molverhältnis PVDF : TRFE : CFE vorzugsweise 50 75 20 40:5-10, beispielsweise 62.6:29.4:8, oder PVDF : TRFE : CTFE

vorzugsweise 50-75:20-40:5-10, beispielsweise 61.6:29.4:9 sein.

In der vorliegenden Erfindung werden folgende Abkürzungen

verwendet: PVDF: Polyvinylidenfluorid; TrFE: Trifluorethylen; CFE: Chlorfluorethylen .

Die ferroelektrische Polymerschicht kann auch ein, vorzugsweise druckbares, PVDF-TrFE-Nanokompositmaterial sein. Dieses kann in eine PVDF-TrFE-Matrix eingemischte anorganische ferroelektrische Nanopartikel enthalten oder aus diesen bestehen. Diese Nanopartikel können SrTiOa (Strontiumtitanat) , PbliOa (Bleititanat) , PbZrTiC

(Bleizirkoniumtitanat) , BaTiOs (Bariumtitanat) oder BNT-BT

(Bismutnatriumtitanat-Bariumtitanat ) sein. Das Nanokompositmaterial kann in der ferroelektrischen Polymerschicht in einem Volumenanteil (Füllgrad) von 5 und 50 %, bevorzugt 10 und 35 % enthalten sein.

Die Elektroden können aus einem, vorzugsweise druckbaren,

leitfähigen Material bestehen und können PEDOT-PSS, Kohlenstoff, Silber, Aluminium, Chrom, Gold oder Kupfer enthalten oder aus diesen bestehen. Die Elektroden können aus einem aus der

Vakuumphase abscheidbaren Metall wie beispielsweise Al, Cu, Au, Ag oder Chrom bestehen.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind sowohl die elektrisch leitfähigen Schichten als auch die ferroelektrischen Schichten des Schichtsensors druckbar.

Diese Schichtstruktur ist vorzugsweise thermisch verformbar. Die maximale Dehnung bei der Verformung im Vergleich zum nicht oder einem weniger verformten Bereich beträgt mindestens 5 %, mindestens 10 %, mindestens 20 % oder mindestens 30 %.

Stärker bevorzugt sind die Schichten des Schichtsensors sowohl druckbar als auch thermisch verformbar.

Noch stärker bevorzugt sind sowohl die Schichten des Schichtsensors als auch die Leiter druckbar und thermisch verformbar. Dazu ist die maximale Dehnung dieser Elemente bei der Verformung im Vergleich zum nicht oder einem weniger verformten Bereich mindestens 5 % , mindestens 10 %, mindestens 20 % oder mindestens 30 % .

Leiter

Der mit dem Sensor verbundene Leiter kann ein beliebiger Leiter sein .

Er kann ein elektrischer Leiter sein und in der Form einer

Leiterbahn vorliegen. Er kann auch ein optischer Leiter sein, z . B ein Wellenleiter zur Leitung von Licht von einer LED zu einem Sensor .

Der Leiter bzw . die Leiterbahn ist vorzugsweise druckbar und/oder kann durch bekannte Verfahren zur Herstellung von partiellen

Metallschichten beispielsweise Bedampfen, Sputtern,

Walzenauftragsverfahren, Sprühen, Galvanisieren und dergleichen aufgebracht werden . Eine partielle Metallisierung kann durch partielle Metallisierungs erfahren, wie partiellen Auftrag einer hochpigmentierten Farbe vor dem Metallisierungsvorgang und Ablösen dieser Farbschicht gemeinsam mit der darauf aufgebrachten

Metallschicht, durch Verwendung einer Maske, durch Ätzvorgänge oder

Laserabtrag und dergleichen erfolgen .

Die gedruckten Leiterbahnen enthalten in einer Ausführungsform

Kupfer oder Silber oder bestehen daraus . Vorzugsweise bestehen sie im Wesentlichen aus Cu oder Ag, das heißt, sie enthalten mindestens 90 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 95 Gew . -% Cu oder Ag,

Leitfähiger Kleber

In der vorliegenden Erfindung kann ein leitfähiger Kleber

eingesetzt werden, um beispielsweise SMD-Bauteile aufzukleben .

SMD-Bauteile (SMD = surface-mounted device) sind oberflächen montierte Bauteile .

Herkömmlich erfolgt bei der Bauteilbestückung die Verlobung mittels ROHS-konformer Lotpaste . Das Anhaften mittels Leitkleber ist nicht üblich . Der leitfähige Kleber kann so ausgewählt sein, dass mit geringeren Temperaturen eine elektrisch leitfähige Verbindung hergestellt werden kann. Da der Aushärteprozess des Leitklebers im Bereich 120°C oder darunter liegt, ermöglicht diese Art der

Bauteilbestückung die Verwendung von temperatursensiblen

Substraten, wie beispielsweise PET, PC oder PMMA, sowie Laminaten daraus und vergrößert das AnwendungsSpektrum von elektronischen Bauteilen enorm. Anzumerken ist, dass die Haftkräfte beim

leitfähigen Kleben geringer sind als bei der konventionellen

Verlötung, was wiederum die Einsatzbereiche einschränken würde, vor allem wenn es zu starken Vibrationen kommt.

Der Leitkleberauftrag und die SMD-Bestückung können wie folgt durchgeführt werden: Mittels Schablone wurde ein isotrop

leitfähiger Kleber (MG-8331S bzw. eine modifizierter, mit Ag- Nanopartikein gefüllter Acrylatkleber) strukturiert aufgetragen, sodass nur jene Punkte mit Kleber beschichtet werden, welche für die Kontaktierung der Bauteile notwendig sind. In die nasse

Klebermasse wurden im Anschluss die SMD-Bauteile (LEDs und

Vorwiderstände) per Pick&Place-Automat positioniert. Die

elektrische Kontaktierung der Bauteile an die Folie erfolgte durch Aushärtung des Klebers in einem Trockenschrank.

Vorteil des leitfähigen Klebens ist die aufgrund der niedrigeren Temperaturen einsetzbare Vielfalt an temperatursensiblen

Substratmaterialien .

In der vorliegenden Erfindung ist mindestens ein Teil, vorzugsweise die Gesamtheit der elektrischen Bauteile, vorzugsweise mit einem leitfähigen Kleber auf das Foliensubstrat geklebt.

Verformungstoleranter Lack

Bei der konventionellen Bestückung mit ROHS konformer Lotpaste wird aufgrund der genügenden Haftkraft der Verlötung und aufgrund der starren Substrateigenschaften kein verformungstoleranter Schutzlack benötigt .

Die Haftkräfte bei leitfähiger Verklebung sind im Vergleich zur konventionellen Verlötung geringer, was im Laufe der Zeit bei mechanischer Beanspruchung der Elektronikfolie zu einem Ablösen der Bauteile von den Leiterbahnen oder zu einer Unterbrechung des elektrischen Kontakts zwischen Bauteil und Leiterbahn führen könnte. Um dem entgegenzuwirken, können die Bauteile nach der elektrisch leitfähigen Verklebung mit einem elektrisch nicht leitfähigen Schutzlack umhüllt werden, welcher beim Auftrag vorzugsweise auch unter das Bauteil eingesogen wird. Derart wird die mechanische Festigkeit zwischen Bauteil und Trägerfolie maßgeblich verstärkt, was zu mit konventioneller Verlötung vergleichbaren Haftkräften führt. Gleichzeitig erfolgt durch den Schutzlack neben dem mechanischen auch ein elektrischer Schutz.

Da die Funktionsfolien mechanisch flexibel sind und auch

dreidimensional verformt werden, ist bei der Auswahl des

Schutzlackes auf Verformungstoleranz auch im ausgehärteten Zustand zu achten. Eine Versprödung wurde zu Haarrissen und in der Folge zum Abriss der elektrischen Kontaktierung zwischen Leiterbahn und Bauteil führen.

Zur Verstärkung der Haftungseigenschaften der SMD-Bauteile auf der Folie können diese zusätzlich lokal mit einem niederviskosen Lack fixiert werden. Der Auftrag des Lackes erfolgt beispielsweise mittels Dispenser punktuell oder vollflächig per Sprühverfahren. Aufgrund der hohen Kriecheigenschaften des Lackes fließt dieser auch in den Zwischenraum zwischen der Bauteilunterseite und dem Substrat. Hierdurch wird die Haftung der Bauteile zur Oberfläche maximiert .

In der vorliegenden Erfindung sind die elektrischen Bauteile, die mit einem leitfähigen Kleber auf das Foliensubstrat geklebt sind, vorzugsweise mit einem Lack überzogen, der vorzugsweise

verformungstolerant ist. Ein Beispiel eines solchen Lacks ist NoriCureOMPF.

Klebefolie

Für einen verbesserten Schutz der Bauteile beim Verformen kann nach dem Bestücken des Foliensubrates auf den verformungstoleranten Schutzlack noch eine Klebefolie aufgebracht werden. Die Klebefolie kann dabei die elektronischen Bauteile vor mechanischen Belastungen beim Verformen und Hinterspritzen schützen und/oder als Streuelement für eine homogene Ausleuchtung dienen und/oder als Haftvermittler für eine gute Anbindung an Spritzgut fungieren. Die Klebefolie kann vorzugsweise aus einem mehrschichtigen Aufbau aus SchmelzklebeStoff (beispielsweise auf Basis von PA, PE, APAO, EVAC, TPE-E, TPE-U, TPE-A) und Streufolie bestehen. Danach kann die ungeformte Funktionsfolie auf das Verformungswerkzeug

beispielsweise mit Lasercutter zugeschnitten werden. Die Klebefolie kann eine Schmelzklebefolie sein.

Schmelzklebstoffe, auch, Hotmelt genannt, sind lösungsmittelfreie und bei Raumtemperatur mehr oder weniger feste Produkte, die im heißen Zustand auf die Klebefläche aufgetragen werden und beim

Abkühlen eine feste Verbindung herstellen. Die Vorteile eines Schmelzklebestoffes sind u . a . dass die Verklebung verschiedenster Materialien möglich ist, sie ist also auch geeignet für poröse Werkstoffoberflachen und kann Unebenheiten der verklebten

Oberflächen ausgleichen. Außerdem weist die Klebefuge eine große Elastizität auf.

In der vorliegenden Erfindung ist eine Ausführungsform bevorzugt, in der elektrische Bauteile mit einem leitfähigen Kleber auf das Foliensubstrat geklebt sind, diese Bauteile mit einem vorzugsweise verformungstoleranten Lack überzogen sind und diese Bauteile und der Lack mit einer Klebefolie, vorzugsweise einer

Schmelzklebefolie, überzogen ist.

Die erfindungsgemäße Funktionsfolienstruktur weist also

vorzugsweise ein Foliensubstrat, einen leitfähigen Kleber,

elektrische Bauteile, einen Lack und eine Klebefolie in dieser Reihenfolge aus.

Die erfindungsgemäße Funktionsfolienstruktur weist neben den

Schichtsensoren besonders bevorzugt ein Foliensubstrat, einen leitfähigen Kleber, elektrische Bauteile, einen Lack und eine Klebefolie in dieser Reihenfolge aus. Dieser Schichtaufbau ohne Sensoren wird als Bauteilebefestigungsstruktur bezeichnet.

Wie vorstehend beschrieben wurde, ist der Sensor in der

erfindungsgemäßen Funktionsfolienstruktur vorzugsweise ein

Schichtsensor, umfassend eine erste elektrisch leitfähige Schicht, eine Schicht aus einem ferroelektrischen Polymer und eine zweite elektrisch leitfähige Schicht ih dieser Reihenfolge. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Funktionsfolienstruktur enthält auf dem Foliensubstrat sowohl eine Bauteilebefestigungsstruktur, umfassend einen leitfähigen Kleber, elektrische Bauteile, einen Lack und eine Klebefolie in dieser Reihenfolge, als auch einen mit dem Schichtaufbau über Leiter verbundenen Schichtsensor, umfassend eine erste elektrisch leitfähige Schicht, eine Schicht aus einem ferroelektrischen

Polymer und eine zweite elektrisch leitfähige Schicht in dieser Reihenfolge .

Die Klebefolie ist vorzugsweise eine Schmelzklebefolie.

Die Klebefolie bzw. Schmelzklebefolie bedeckt in einer Ausführungs form auch den Schichtsensor.

Die in der Bauteilebefestigungsstruktur enthaltenen Bauteile sind vorzugsweise SMD-Bauteile .

Die Sensoreinheit kann auch einen oder mehrere Vorwiderstände umfassen. Diese können druckbar sein und leitfähige Materialien enthalten oder aus diesen bestehen. Ein Vorwiderstand kann ein SMD- Bauteil sein und/oder kann durch einen leitfähigen Kleber auf dem Foliensubstrat befestigt sein. Der befestige Vorwiderstand kann mit Schutzlack oder Fixierlack überzogen werden.

In einer Ausführungsform ist der Sensor, das lichtemittierende Element und/oder der Vorwiderstand über gedruckte Leiterbahnen nach außen angeschlossen oder kontaktiert ein außerhalb angeordnetes elektrisches Element.

Die erfindungsgemäße Funktionsfolienstruktur kann eine Schutzfolie aufweisen, die über den elektrischen Bauteilen, über dem Sensor, dem lichtemittierenden Element und den Vorwiderständen vorzugsweise als Schmelzklebefolie angeordnet ist.

Es wird angemerkt, dass die hier beschriebene

Bauteilebefestigungsstruktur auf dem Foliensubstrat eine eigene Erfindung darstellen kann, also unabhängig von den sonstigen

Elementen der Funktionsfolienstruktur ist. Das heißt, ein Aufbau, umfassend eine hierin beschriebene Bauteilebefestigungsstruktur auf einem Foliensubstrat, mit einer wie in dieser Anmeldung definierten Wölbung ist eine separate Erfindung und könnte unabhängig

beansprucht werden . Diese Erfindung ist wie folgt definiert:

Funktionsfolienstruktur mit einer Wölbung, erhältlich durch ein Verfahren, das folgende Schritte umfasst:

(a) das Bereitstellen einer Funktionsfolie, umfassend ein

Foliensubstrat und eine darauf angeordnete Bauteilebefestigungsstruktur, die einen leitfähigen Kleber, elektrische Bauteile und einen Lack in dieser Reihenfolge aufweist, und

(b) das Formen einer Wölbung in der Funktionsfolie in einem Bereich der Bauteilebefestigungsstruktur, wobei mindestens der leitfähige Kleber und der Lack gedehnt werden.

Diese Funktionsfolienstruktur kann zudem eine Klebefolie über der Bauteilebefestigungsstruktur zum Kleben an das Foliensubstrat umfassen, wobei beim Verformen auch die Klebefolie gedehnt wird.

Transparenz

Die erfindungsgemäße Funktionsfolienstruktur kann transparente Bereiche aufweisen. Vorzugsweise ist die gesamte Funktionsfolienstruktur transparent.

Die Transparenz des Schichtaufbaus ist vorzugsweise mindestens 60 %, stärker bevorzugt mindestens 70 %, noch stärker bevorzugt mindestens 00 % und besonders bevorzugt mindestens 90 %. Die

Transparenz ist in der vorliegenden Erfindung so definiert, dass Sonnenstrahlung bei Raumtemperatur die Struktur in dem genannten Ausmaß durchdringt. Genauer kann die Transparenz definiert werden, wenn Licht einer bestimmten Wellenlänge, beispielsweise beim

Maximum der Sonnenstrahlung (500 nm) , verwendet wird.

Beleuchtung

Die Integration von Beleuchtungssystemen in sehr flache und dünne Schichten erfolgt bereits bei sogenannten Lichtleiterplatten.

Typischerweise wird LED-Licht seitlich an den Stirnseiten eines Lichtwellenleiters (transparente Kunststoffplatte oder Folie) eingekoppelt und mittels Totalreflexion weitergeleitet. An

definierten Stellen wird das Licht aus dem Lichtleiter durch im Lichtleitermaterial verteilte streuende Strukturen, feine

Oberflächenstrukturen oder feine aufgedruckte Muster ausgekoppelt, wobei eine konstante Leuchtdichte für z.B. die Hinterleuchtung von Bedienelementen eine ungleichmäßige räumliche Verteilung dieser Muster erfordert. Es gibt auch ein mittels RoIle-zu-Rolle-Verfahren (R2R) prozessiertes Dünnschicht-WellenleiterSystem auf Folie, welches für Biegeradien von 2 mm eine Kopplungseffizienz von 25% aufweist. Ein wesentliches Kriterium bei diesem Wellenleitersystem ist die zwischen Kern und Mantel liegende Hochindex-Schicht aus einem anorganischen in einem R2R-Physical Vapour Deposition- (PVD-) Verfahren verdampften Material; dieses ermöglicht eine

Wellenleitung mit geringen Verlusten und effizienter Auskopplung über das geprägte Gitter.

In der erfindungsgemäßen Funktionsfolienstruktur kann zumindest ein lichtemittierendes Bauelement angeordnet sein. Bevorzugt ist eine Anzahl von 1 bis 16, stärker bevorzugt 4 bis 8. Das

lichtemittierende Bauelement kann ein SMD-Bauteil sein. Die Bauhöhe des lichtemittierenden Elements kann kleiner als 1 mm, bevorzugt kleiner als 300 pm und noch stärker bevorzugt kleiner als 100 pm sein. Es kann sich dabei um eine organische LED oder rein

Elektrolumineszenz-Element handeln .

Die geringe Dicke der LEDs minimiert den mechanischen Stress auf die LEDs während der abschließenden Verformung der

Foliensensortaste .

Vorzugsweise sind in die Funktionsfolienstruktur mehr als ein lichtemittierendes Element integriert, wobei die Anordnung dieser Elemente symmetrisch oder asymmetrisch in Bezug auf die Form des zumindest einen Sensors sein kann.

Der Abstand der LEDs zum aktiven Bereich des zumindest einen

Sensors kann 0,1 cm bis 10 cm, bevorzugt 0,2 bis 1 cm sein.

Das Licht des lichtemittierenden Elementes kann über zumindest einen Wellenleiter in die Sensortaste eingekoppelt sein. Der

Wellenleiter kann zumindest ein einlaminiertes POF (plastic optical fiber) enthalten. POFs sind Lichtwellenleiter aus Kunststoff, die primär für die Datenübertragung eingesetzt werden, in Form von Seitenlichtfasern aber auch in der (indirekten) Beleuchtung zum Einsatz kommen. Der Wellenleiter kann aus Strukturen bestehen, die in ein

vorzugsweise transparentes, vorzugsweise flexibles und vorzugsweise dehnbares Polymermaterial mit im Vergleich zum Foliensubstrat erhöhtem Brechungsindex eingebracht werden.

Das Licht wird von den LEDs in alle Richtungen emittiert. Wahlweise kann über der Sensortaste, den LEDs und den Vorwiderständen eine lichtstreuende Klebefolie Diese Streufolie dient einerseits der Rückstreuung und Homogenisierung des Lichts in Richtung Sensortaste und andererseits einem Schutz der diskreten Bauelemente (LEDs, Widerstände) , Wahlweise kann ein absorbierender Lack über den LEDs aufgebracht werden, bevorzugt auf der Foliensubstratrückseite, der den Lichtdurchtritt an Stellen außerhalb der Sensortaste verhindern soll. Dadurch kann eine relativ homogene, helle und kontrastreiche Sensortastenbeleuchtung realisiert werden. Das lichtemittierende Element kann beispielsweise mit einer schwarzen, nicht

transparenten und nicht-leitenden Dekorfarbe überzogen sein.

Die Funktionsfolienstruktur kann einen Array von lichtemittierenden Elementen umfassen.

Herstellungsverfahren

Die erfindungsgemäße Funktionsfolienstruktur kann in einem Verfahren hergestellt werden, das folgende Schritte umfasst:

(a) das Bereitstellen einer Funktionsfolie, umfassend ein

Foliensubstrat und eine darauf angeordnete Sensoreinheit, die einen Sensor und einen damit verbundenen Leiter aufweist, und

(b) das Formen einer Wölbung in der Funktionsfolie in einem Bereich, der den Sensor und den Leiter zumindest teilweise umfasst, wobei zumindest der Leiter gedehnt wird.

Vorzugsweise umfasst Schritt (a) das Bereitstellen des

Foliensubstrats, das Bestücken des Foliensubstrats mit dem Sensor, dem Leiter und anderer Elemente sowie das Aufbringen einer Folie auf das bestückte Foliensubstrat zur Herstellung der Funktionsfolie umfasst .

Erfindungsgemäß erfolgt als erster Schritt das Aufbringen des

Sensors und des Leiters auf das Foliensubstrat und das Formen der Funktionsfolienstruktur als zweiter Schritt. Vorzugsweise wird die Funktionsfolie im ersten Schritt auch mit anderen Elementen, wie SMD-Bauteilen, bestückt und mit einer Folie überzogen. Es ist jedoch anzumerken, dass mindestens einer dieser weiteren Schritte auch nach dem Verformen durchgeführt werden kann.

Die erfindungsgemäße Funktionsfolienstruktur kann in einem

Verfahren hergestellt werden, bei dem in einem ersten Satz an Verfahrensschritten alle elektrischen, sensorischen und elektro optischen Funktionen auf einem flachen Folienverbund realisiert werden und in einem zweiten Satz an Schritten dieser mit Funktionen versehene Folienverbund dreidimensional verformt wird.

Der erste Satz an Schritten kann die Herstellung des Folien verbundes, des als Sandwich aufgebauten Sensors, der Leiterbahnen, die Bestückung mit SMD-Bauteilen und ihre Fixierung sowie die Herstellung des gesamten Laminats umfassen.

Der zweite Satz an Schritten kann den Zuschnitt des Verbundes auf das Verformungswerkzeug und die dreidimensionale Verformung umfassen ,

In einer Ausführungsform wird der Folienverbund mittels eines Nasskaschiervorgangs in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren hergestellt

Der Schichtaufbau der Sensortaste, umfassend eine Grundelektrode, eine ferroelektrische Schicht und eine Deckelektrode, kann mittels Siebdrucks oder Gravurdruck mit dazwischen liegenden

Ausheizschritten erfolgen.

Ebenso können die Leiterbahnen mittels Siebdrucks und einem nachfolgenden Ausheizschritt aufgebracht werden. Die

Ausheiztemperatur beträgt in einer Ausführungsform maximal 200°, bevorzugt max 100 °C. Vor der Aufbringung der Leiterbahnen kann eine Carbonschicht an den Kontaktstellen zwischen Deckelektrode und Leiterbahn aufgebracht werden. Diese Carbonschicht dient als

Diffusionsbarriere und kann im Siebdruck aufgebracht werden.

Wichtig für die Herstellung der erfindungsgemäßen Funktions folienstruktur ist, dass die Prozesstemperatur einen gewissen Wert nicht übersteigt. Sie liegt vorzugsweise bei unter 200 °C, stärker bevorzugt bei unter 150°, damit die Eigenschaften der

Sensormaterialien erhalten bleibenkönnen und sich die Folie nicht verformt . Die Auftragung eines leitfähigen Klebers, der beispielsweise zum Befestigen der SMD-Bauteile eingesetzt wird, kann mittels

Schablonendrucks erfolgen. Der Kleber kann ein isotrop leitfähiger Kleber sein. Er kann auf AgKontaktpads aufgebracht werden.

Die nach einem Bedruckvorgang erhaltene Folie kann als bedruckte Folie bezeichnet werden.

Die genannten anderen Elemente, die in Schritt (a) aufgebracht werden können, können SMD-Bauteile sein.

Die Bestückung der SMD-Bauteile kann in einer automatischen oder halbautomatischen Pick&Place-Maschine mit einem nachfolgenden Ausheizschritt des Klebers erfolgen.

Die nach einem Bestückungsvorgang erhaltene Folie kann als

bestückte Folie bezeichnet werden.

Die SMD-Bauteile können nach der Bestückung in einem Dispenser mit Fixierlack geschützt und fixiert werden.

Das in Schritt (a) genannte Aufbringen einer Folie dient dem Schutz der Bauteile auf dem Foliensubstrat. Dieses Aufbringen kann eine thermische Lamination mit einer Schmelzklebefolie sein.

In einer Ausführungsform wird die gesamte ungeformte Funktionsfolie durch thermische Lamination mit einer lichtstreuenden

Schmelzklebefolie nochmals abgedeckt und dadurch geschützt.

Die nach einem Laminiervorgang erhaltene Folie kann als laminierte Folie bezeichnet werden.

Die erfindungsgemäße Funktionsfolienstruktur kann vor dem Formen, also vor dem Bilden der Wölbung, als ungeformte Funktionsfolie oder einfach nur als Funktionsfolie bezeichnet werden.

Nach den Druckschritten, der Bestückung und Fixierung der Bauteile kann die elektrische Aktivierung (=Polung) der ferroelektrischen Schicht erfolgen. Dabei werden die Dipole der Nanokristallite in der ferroelektrischen Schicht durch Polung in einem

Hochspannungsfeld mit typischen Polungsfeldstärken von 80 bis 200 MV/m ausgerichtet, wodurch eine makroskopische Polarisation normal zu den Elektrodenflächen entsteht und bei mechanischer oder thermischer Anregung der Sensortaste durch den piezo- oder

pyroelektrischen Effekt Ladungen erzeugt werden. Nach der Polung kann durch Auswertung der Hysteresekurven die remanente Polarisation bestimmt werden, welche als Qualitätskriterium für die Funktionalität jedes Sensorpixels herangezogen wird.

Wie vorstehend bereits erwähnt wurde, können im erfindungsgemäßen Verfahren im ersten Schritt das Aufbringen des Sensors und des Leiters auf das Foliensubstrat sowie das Bestücken mit anderen Elementen, das Laminieren und andere zusätzliche Schritte erfolgen.

Mindestens einer dieser zusätzlichen Schritte kann jedoch auch nach dem Verformen durchgeführt werden. Beispielsweise kann das

Bestücken mit den anderen Elementen oder das Schutzlaminieren nach dem Verformen erfolgen. Weitere Beispiele sind das Aufbringen eines absorbierenden Lacks oder einer Dekorfarbe sowie das Aufbringen eines Spritzgusses auf die Rückseite der Struktur. Das Durchführen dieser Schritte nach dem Verformen kann den Vorteil haben, dass auch Materialien eingesetzt werden können, welche die erforderliche Dehnbarkeit beim Verformen nicht aufweisen. Auf diese Weise kann die Bandbreite der einsetzbaren Materialien erweitert werden.

Die Funktionsfolie, die vorzugsweise fertig bedruckt, bestückt, gepolt, laminiert und zugeschnitten ist, kann in einem

Hochdruckformungsprozess gegen ein Werkzeug dreidimensional verformt werden. Der Verformungsprozess kann unter einem Druck von bis zu 160 bar und bei einer Temperatur von 140 °C und dauert ca. 1 min unter Bildung einer Funktionsfolienstruktur erfolgen. Die maximale Dehnung bei der Verformung im Vergleich zum nicht oder einem weniger verformten Bereich beträgt mindestens 5 %, mindestens 10 %, mindestens 20 % oder mindestens 30 %.

Die ungeformte Funktionsfolie, die bedruckt, bestückt und laminiert sein kann, kann auf ein Verformungswerkzeug zugeschnitten werden. Die dreidimensionale Verformung der ggf. bedruckten, bestückten, laminierten und zugeschnittenen Funktionsfolie kann durch einen Hochdruckformungsprozess gegen ein geeignetes Werkzeug erfolgen. In diesem Prozess ist die Maximaltemperatur vorzugsweise 300 °C, stärker bevorzugt 200 °C und der Maximaldruck vorzugsweise 400 bar, stärker bevorzugt 300 bar. Die dreidimensionale Verformung der Funktionsfolie kann durch einen Tiefziehprozess gegen ein

geeignetes Werkzeug erfolgen, so dass die erfindungsgemäße

Funktionsfolienstruktur erhalten wird. Nach dem Verformen kann auf die Rückseite der Funktionsfolien struktur ein Spritzguss appliziert werden. Dadurch kann dem Bauteil noch mehr Formstabilität verliehen werden. Es muss aber darauf geachtet werden, dass unterhalb der Tastenbereiche genügend mechanische Flexibilität übrigbleibt. Erreicht werden kann diese z.B. durch gezielten Einschluss von Luftblasen.

Beispiele

Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele weiter veranschaulicht.

Beispiel 1

Es wurden Sensortasten mit Durchmessern von 10 mm, 15 mm und 20 mm auf einem thermoplastisch verformbaren Foliensubstrat (PMMA-Folie, Dicke: 175 pm) realisiert. Die runden Tasten bestanden aus

hinreichend transparenten Materialien in Sandwichbauweise mit einer Grundelektrodenschicht, einer ferroelektrischen Sensorschicht und einer Deckelektrodenschicht. Die elektrische Kontaktierung nach außen erfolgte über ringförmige Leiterbahnen. Für die

Hinterleuchtung wurden LED-Lichtquellen außerhalb des eigentlichen Tastbereichs angebracht. Die Integration der LEDs direkt neben dem Sensorbereich erforderte eine sehr kleine Bauform der LEDs. Diese wurden durch Pico-LEDs (SMD-Bauteile) mit sehr kleinen Dimensionen (1 mm x 0,6 mm) und einer geringen Dicke von 0,2 mm realisiert. Die Ausleuchtung der Sensortasten wurde vorab anhand optischer

Simulationen mit einem kommerziellen Ray-Tracing Tool (OpticStudio) untersucht. Ausgehend von den Simulationen wurden eine ausreichende Anzahl Pico-LEDs und eine äquivalente Anzahl von Vorwiderständen außerhalb des Tastenberührungsbereiches angebracht.

Die Herstellung erfolgte wie folgt: Erst wurden die drucksensitiven Bereiche der Sensortasten in Sandwichbauweise, dann die

Vorwiderstände (1 Vorwiderstand pro LED) und schließlich die

Leiterbahnen direkt auf die PMMA-Folie gedruckt. Die

Grundelektroden der Sensortaste aus PEDOT : PSS wurden mittels

Siebdruckverfahren aufgebracht (Schichtdicke der Elektroden ca. 1 pm) und anschließend bei 100 °C ausgeheizt, um enthaltene

Lösungsmittel abzuziehen. PEDOT: PSS bildet gut leitfähige, semi- transparente sowie hinreichend glatte und dadurch für ein weiteres Bedrucken geeignete Elektroden. Danach wurde die ferroelektrische Sensorschicht aus PVDF-TrFE Copolymer ( P (VDF : TrFE) =70:30 mit

Schichtdicke ca. 10 pm) ebenfalls mittels Siebdruck aufgebracht, wobei diese Schicht die Grundelektroden vollständig überlappte. Anschließend wurde die Schicht zur Entfernung des Lösungsmittels (z.B. modifiziertes g-Butyrolacton) bei 100 Grad ausgeheizt.

Mittels Siebdruck wurden die Leiterbahnen aus Silber (Breite ca. 1mm) gedruckt, um die elektrische Anbindung nach außen zu

ermöglichen, nämlich zur Spannungsversorgung der LEDs und zu einer Auswerte-Elektronik (z.B. Transimpedanzverstärker,

Ladungsverstärker) für die Verstärkung und Verarbeitung der durch den Fingerdruck erzeugten Signale. Des Weiteren wurden mittels Siebdruck Deckelektroden aus PEDOT-PSS (Schichtdicke der Elektroden ca. 1 ym) aufgedruckt und ausgeheizt (100°C) , wobei ihre laterale Ausdehnung bevorzugt etwas kleiner als jene der Grundelektroden ist. Nach dem Siebdruck der Vorwiderstände aus Carbon (und

Ausheizen bei 100 °C über 15 min) wurden als letzter Herstellungsschritt die Pico-LEDs per Hand auf die Folie leitfähig geklebt, wobei ein modifizierter und mit Ag-Nanopartikeln gefüllter

Acrylatkleber verwendet wurde.

Im Anschluss wurde die semikristalline ferroelektrische

Polymerschicht in einem elektrischen Feld gepolt. Der elektrische Polungsschritt erfolgte mittels Hysteresepolung mit typischen Polungsfeldstärken von 80 bis 200 MV/m.

Nach Integration aller Funktionalitäten auf der PMMA-Folie

(Sensortaste und Beleuchtung) und elektrischer Polung wurde die Funktionsfolie in einem Vakuum- und Temperatur-unterstützten

Prozess dreidimensional umgeformt. Die dreidimensionale Form entsprach einer Kugelkalotte mit einer maximalen Dehnung von ca. 40%.

Beispiel 2

In diesem Beispiel wird ein Verfahren zur Herstellung einer hinterleuchteten druck- oder temperatursensitiven Foliensensortaste, die eine dreidimensionale Form aufweist (siehe Figur 2) . Zunächst wurde ein Folienverbund hergestellt. Das flächige

Verbinden der Funktionsfolie ( z . B . PEN) und der Trägerfolie (z.B. ABS) erfolgte mittels eines Nasskaschiervorgangs in einem Rolle-zu- Rolle-Verfahren . Beim Kaschiervorgang wurde zunächst ein flüssiger Kaschierkleber auf eine der beiden Folien aufgetragen,

vorgetrocknet und die so beschichtete Folie anschließend unter Einwirkung von Druck und/oder Temperatur mit der anderen Folie verbunden .

Danach wurde die Foliensensortaste hergestellt. Die einzelnen Schichten der Foliensensortaste (Sensorsandwich, Leiterbahnen) und die Dekorfarbe wurden mittels additiven Siebdruckverfahrens inkl . Zwischentrocknung durch eine Maske (Sieb/Schablone) auf einen vorgeschnittenen Folienverbund (z.B. PEN/ABS) strukturiert

aufgebracht. Die Druckreihenfolge war wie folgt: Auf der

bedruckbaren PEN-Seite des Folienverbundes wurde erst eine

PEDOT : PSS Schicht für die Grundelektroden (Schichtdicke 1 pm) und dann die ferroelektrische Sensorschicht (Schichtdicke 10 pm) gedruckt, dann wurden die PEDOT: PSS Deckelektroden (Schichtdicke 1 pm) , dann eine Carbonschicht (Schichtdicke 1-3 pm) als leitende Diffusionssperre und schließlich elektrische Leiterbahnen (z.B. aus Silber) (Breite 2 mm) für die Außenkontaktierung aufgebracht.

Außerdem wurde in allen Bereichen außerhalb des semitransparenten Tastenbereichs (siehe Fig. 2) eine schwarze und daher gut

absorbierende, nicht leitende Dekorfarbe/Konturfarbe aufgedruckt. Zwischen den Druckschritten wurde bei 60-65°C ausgeheizt.

Danach wurde der Kleber aufgetragen und die SMD-Bestückung

durchgeführt. Mittels Schablone wurde ein isotrop leitfähiger Kleber (MG-8331S, bzw. modifizierter mit Ag-Nanopartikel gefüllter Äcrylatkleber) strukturiert aufgetragen. In die nasse Klebermasse wurden im Anschluss die SMD Bauteile (LEDs und Vorwiderstände) per Pick&Place-Automat positioniert. Die elektrische Kontaktierung der Bauteile an die Folie erfolgte durch Aushärtung des Klebers in einem Trockenschrank bei 100°C mit einer Verweildauer von 15

Minuten .

Zur Verstärkung der Haftungseigenschaften der SMD-Bauteile auf der Folie wurden diese zusätzlich lokal mit einem niederviskosen Lack fixiert . Danach wurde die elektrische Aktivierung (=Polung) des ferro elektrischen Schicht der Sandwich-Sensortaste durchgeführt.

Nach der Polung wurde auf die Folienoberseite eine

Schmelzklebefolie (Schmelzklebstoffe auf Basis PA, PE, APAO, EVAC, TPE-E, TPE-U, TPE-A) laminiert. Danach wurde mit einem Lasercutter ein Zuschnitt der Funktionsfolien auf das VerformungsWerkzeug

durchgeführt .

Die zugeschnittene Funktionsfolie wurde in einem Hochdruck

formungsprozess gegen ein Werkzeug dreidimensional verformt. Der Verformungsprozess erfolgte unter einem Druck von bis zu 160 bar und bei einer Temperatur von 140 °C und dauerte ca. 1 min. Die maximale Dehnung bei der Verformung betrug ca. 65%.

Bezugszeichenliste

1 Foliensubstrat

2 Sensorsandwich

3 Leiterbahn (en)

4 LED

5 Vorwiderstand

6 Folienverbund

7 Streuschicht

8 Konturfarbe