WO2010097270A2 - Druckverfahren zur herstellung individualisierter elektrischer und/oder elektronischer strukturen - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a printing method for producing individualized electrical and / or electronic structures, to the individualized electrical and / or electronic structures that can be produced by the method according to the invention, and to the use of the individualized electrical and / or electronic structures.
  • an electrical structure is an electrical circuit or parts of an electrical circuit which can form or form an association with electrical or electromechanical components (such as switches, lamps or motors).
  • electrical or electromechanical components such as switches, lamps or motors.
  • the operation of the circuit is based on an electric current flowing in a closed circuit (circuit) through the components.
  • closed circuit circuit
  • passive electrical elements such as antennas or tracks
  • an electronic structure is an electronic circuit or parts of an electronic circuit that can form or form an association with electronic components (such as diodes, capacitors and transistors).
  • an electronic structure is to be understood in particular as conductive structures, which may be part of a capacitor.
  • An information contained in the structure may be e.g. can be read out via capacitive methods.
  • Such conductive structures, which may be part of a capacitor are for example patterns, two-dimensional barcodes or texts.
  • individualized structure is meant an inherently unique structure, and more particularly, this individualized structure differs from the other structures created during a simultaneous and pre-and post-press runs by another two-dimensional configuration individualized electronic and / or electrical structures have the advantage over non-individualized structures that they can be output and / or recorded with information that can be assigned unambiguously via essentially electrical and / or electronic methods.
  • the resistance of a conductor track depends not only on the material properties of the applied conductive material, but also on the geometry of the line cross-section. The thinnest part of the track defines the effective electrical resistance. For a reproducible, defined electrical function, the most uniform, homogeneous application possible of the conductive printing ink is therefore necessary.
  • a film transfer process for producing electronic and / or electrical structures is described in DE 10 2004 019 412 A1.
  • This document describes methods for printing electrical and / or electronic structures, in particular electrical strip conductors and / or electronic circuits, on a printing material in which the printing material is moved for this purpose by a plurality of successively arranged printing units of a printing press, and in at least a first printing unit a subject of printed to be printed electrical and / or electronic structure with an adhesive to the substrate, and the partially printed with the adhesive substrate is fed to at least a second printing unit, in which on the With adhesive printed areas of the substrate a conductive material is applied.
  • the conductive material may be metallic, for example, or consist of conductive carbon blacks or functional polymers such as polythiophenes, polypyrroles, polyanilines or polyethylene dioxythiophenes.
  • the film transfer process can continue to be done inline in an offset printing machine.
  • stamping information is stamping information.
  • This method also known as “impact numbering”
  • Individualized information is transferred to a special laser-sensitive layer in the printing substrate
  • Another technique, which is increasingly being used in individualization is individualized ink-jet printing
  • small ink droplets are transferred to the substrate. Due to the screening and the small size of the drops, this method is also suitable for transferring imaging layers.
  • DE 10 2005 011 568 A1 likewise describes the combination of a film transfer process with various customization publications, namely via mechanical printing, inkjet printing, laser engraving, holograms, the use of embossing and structure tools or high-frequency labels. In this case too, however, there is no individualization of the conductive structure itself, but rather an individualization of the non-individualized structure via separate aids.
  • EP 1 803 562 A1 also describes a film transfer method in which an individualization step can be carried out via a separate inkjet system before or after the film application. Thus, again, there is no individualization of the conductive structure itself, but rather an individualization of the non-individualized structure via a separate aid.
  • intrinsically conductive polymers such as, for example, pani (polyaniline, for example from Ormecon) or Clevios P (pedot: PSS, for example from HC Starck) can be applied using a digital printing process such as, for example, inkjet.
  • a digital printing process such as, for example, inkjet.
  • HC Starck there are, for example, commercially available conductive inkjet inks.
  • a common disadvantage of a possible subsequent individualization step via inkjet printing is that they usually have to be extensively dried after a coating step and, if appropriate, additionally have to be aftertreated thermally.
  • all known commercially available inks have the disadvantage that on the one hand they often do not have the desired physical properties such as viscosity or the like, and on the other hand are usually very expensive.
  • the present object is achieved by a printing method for producing electrical and / or electronic structures on a printing substrate in which the printing material is moved by a plurality of successively arranged printing units of a printing press, and subsequently i) in at least a first printing unit a subject of the electrical and / or electronic structure with at least one adhesive component (A) 1 is applied to the substrate to form a Sujet-shaped adhesive structure, and ii) the partially printed with the adhesive substrate is fed to at least a second printing unit, in which at least one conductive material (B) is applied to the adhesive-printed areas of the printing material, wherein prior to step ii) an individualizing modification of at least one adhesive component takes place.
  • step i) only one adhesive component (A) is applied, a step of selectively processing the resulting adhesive structure of the adhesive component (A)
  • step i) a plurality of adhesive components (A) 1 are applied to understand a step of selectively processing a part structure (a) consisting of at least one adhesive component or the total adhesive structure (A), which leads to an individualization of the adhesive structures (A) or (a)
  • step ii) A coverage or wetting by other substances before applying the conductive material in step ii) leads.
  • the individualizing modification is preferably at least one chemical or physical processing step, preferably a chemical or physical processing step selected from irradiation with electromagnetic radiation, inkjet printing with a modifying printing ink, laser printing with a toner substance and a stamping process.
  • irradiation with electromagnetic radiation is suitable for the individualizing modification of UV-curing or UV-activatable adhesive constituents.
  • the at least one adhesive constituent is an UV-curable or UV-activatable adhesive constituent and, prior to step ii), is selectively irradiated with a UV emitter, preferably a UV LED strip or a laser.
  • the irradiation can preferably take place exclusively via the UV LED strip or the laser.
  • the entire structure of the adhesive constituent can be irradiated with a low-power UV radiator for pretreatment, in order subsequently to selectively selectively activate or cure the entire surface-pretreated structure of the adhesive constituent.
  • UV adhesives and corresponding UV lamps and lasers are commercially available and can be purchased, for example, the company Hoenle UV Technology or Wellomer Adhesive Technology.
  • the at least one adhesive component is selectively printed with ink containing the adhesive component via inkjet printing, so as to achieve an individualization of the adhesive structure.
  • suitable adhesives for such printing processes are, for example, Loctite from Henkel.
  • a process variant in which the at least one adhesive constituent is the first component of a two-component adhesive which is individualized by inkjet printing with a modifying printing ink of the second component of the adhesive, typically referred to as "activator" is preferred
  • the at least one adhesive component selectively prints the first component of a two-component adhesive with the second component of the adhesive via an inkjet printing process.
  • advantageous usable multi-component systems also exist from the company Henkel, special variants in which a component is applied via an ink-jet process, are under development.
  • At least one adhesive component is a UV-activatable adhesive which is selectively printed on inkjet with a modifying printing ink consisting of a UV-curing adhesive or lacquer.
  • UV adhesives and corresponding UV lamps are commercially available and can be purchased, for example, the company Hoenle UV Technology or Wellomer Adhesive Technology.
  • a preferred variant, with which an individualizing removal of adhesive or an individualizing flattening of the adhesive structure can be achieved, is a process in which the at least one adhesive constituent is reworked by an individualizing stamping process or a stamping process.
  • the at least one adhesive constituent is printed by means of a printing process, preferably an inkjet or laser toner process, selectively with an adhesive component-adhesive powder or an adhesive-wetting or adhesive-degrading printing ink.
  • a printing process preferably an inkjet or laser toner process
  • an adhesive component-adhesive powder or an adhesive-wetting or adhesive-degrading printing ink is covered by covering with the powder or the adhesive wetting printing ink and can no longer have an adhesive effect, or it is alternatively degraded to a typically chemical reaction.
  • the conductive material applied in step ii) is preferably metals, conductive carbon blacks or functional polymers.
  • a Functional polymers are polymers having semiconductive or conductive properties.
  • Preferably usable metals are aluminum, silver or copper.
  • Preferred conductive carbon blacks are, for example, carbon black.
  • Preferred functional polymers are polythiophenes, polypyrroles, polyanilines or polyethylene dioxythiophenes.
  • the subject matter of the present invention is furthermore an individualized electrical and / or electronic structure which can be produced by the process according to the invention.
  • the method according to the invention can also be used to produce individualized non-electrical and non-electronic structures.
  • Figure 1 shows a section of a printing machine to illustrate the inventive method for personalizing electrical and / or electronic structures.
  • the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
  • the figure shows a section of a printing press 10 in the region of three successive printing units 11, 12 and 13, wherein a printing material to be printed in the direction of the arrow 14 by the printing units 11, 12 and 13 is moved.
  • a further printing module 19 Optionally located between the printing unit 11 and the printing unit 12, a further printing module 19. With the present inventive method an individualized electronic or electrical structure is to be applied to the substrate.
  • the partially printed with adhesive or a Klebstoffprecursor substrate is fed to at least one further printing unit 19, in which the partially printed substrate is modified so that the adhesive areas contain individualized information.
  • the additional printing unit 19 may be, for example, a strip of UV LEDs, but it may also be an ink-jet module, a laser printing unit, a Rotationsstempeltikvon or any other digital printing process.
  • the substrate is at least a second printing unit, in the embodiment of the figure the printing unit 12, respectively.
  • a conductive material is then applied to the adhesive areas of the printing material.
  • the adhesive in the first printing unit 11 is preferably applied in offset printing. In this case, the first printing unit 11 is formed as an offset printing unit.
  • the first printing unit 11 is formed as a direct or indirect high-pressure unit, so as to apply the adhesive in direct or indirect high pressure on the substrate.
  • the partially printed with the adhesive substrate in the second printing unit 12 of a film 15 is supplied.
  • the film 15 carries an electrically conductive or an electrically semiconductive material which is transferred from the film 15 to the adhesive-printed areas of the printing material.
  • the film 15 is unwound from a first drum 16, fed to the substrate via a plurality of guide rollers 17 and wound on a drum 18 after transfer of the conductive material to the adhesive-printed areas of the printing material.
  • the film wound on the drum 18 is a "used-up" film, and after the application of the conductive material to the regions of the printing material which are printed with adhesive, the printing material is fed to the printing unit 13.
  • an adhesive which is activated by means of UV irradiation.
  • adhesives are well known in the printing art. It is in at least a first printing unit, in the embodiment of the figure in Printing unit 11, a precursor image of the printed, electrical and / or electronic structure with an adhesive applied to the substrate.
  • the partially printed with the UV-activatable adhesive substrate is fed to at least one further printing unit 19, in which there is a strip of UV LEDs.
  • This activates by selective partial or surface UV irradiation, the areas of the adhesive, which should result in the following printing unit by means of the film transfer the individualized image.
  • the substrate is at least a second printing unit, in the embodiment of the figure the printing unit 12, respectively.
  • a conductive material is then applied to the adhesive areas of the printing material. If the intensity of the irradiation is insufficient to sufficiently activate the adhesive, it is likewise within the meaning of the invention to irradiate the entire adhesive with another UV source in front of or behind the UV LED strip in FIG irradiated areas are covered with foil during film transfer.
  • an adhesive that can be cured by means of UV light.
  • the process described above can then be used so that the adhesive is deactivated by the selective irradiation in the area 19, and only unexposed areas in the printing unit 12 are covered with foil.
  • a precursor image of the structure to be printed with one of the first component of the adhesive is applied to the printing substrate in at least one first printing unit, in the embodiment of the figure in the printing unit 11.
  • the partially printed substrate is fed to at least one further printing unit 19 in which there is an inkjet printing module or another digital printing method.
  • the substrate is at least a second printing unit, in the embodiment of the figure the printing unit 12, respectively.
  • a conductive material is then applied to the adhesive areas of the printing material.
  • a precursor image of the structure to be printed is applied to the printing material with an adhesive.
  • the partially printed substrate is fed to at least one further printing unit 19 in which there is an inkjet printing module or another digital printing method.
  • the substrate is at least a second printing unit, in the embodiment of the figure the printing unit 12, respectively.
  • a conductive material is then applied to the adhesive areas of the printing material.
  • the substrate is at least a second printing unit, in the embodiment of the figure the printing unit 12, respectively.
  • a conductive material is then applied to the adhesive areas of the printing material.
  • a precursor image of the structure to be printed is applied to the printing substrate with an adhesive, for example a UV-activatable adhesive.
  • the partially printed substrate is fed to at least one further printing unit 19 in which there is an inkjet printing module or another digital printing method.
  • the entire sheet is irradiated flat with UV light.
  • the areas with the adhesive become or remain sticky, while the areas with the UV curing varnish are deactivated for the following film transfer.
  • the substrate is at least a second printing unit, in the embodiment of the figure the printing unit 12, respectively. In this second printing unit 12, a conductive material is then applied to the adhesive areas of the printing material.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Druckverfahren zur Herstellung elektrischer und/oder elektronischer Strukturen, auf einem Bedruckstoff, bei dem der Bedruckstoff durch mehrere hintereinander angeordnete Druckwerke einer Druckmaschine bewegt wird, und nachfolgend i) in mindestens einem ersten Druckwerk ein Sujet der zu druckenden elektrischen und/oder elektronischen Struktur mit mindestens einer Klebestoffkomponente (A)i auf den Bedruckstoff unter Erzeugung einer Sujet-förmigen Klebstoff-Struktur aufgetragen wird, und ii) der mit dem Klebstoff partiell bedruckte Bedruckstoff mindestens einem zweiten Druckwerk zugeführt wird, in welchem auf die mit Klebstoff bedruckten Bereiche des Bedruckstoffs mindestens ein leitfähiges Material (B) aufgetragen wird, wobei vor Schritt ii) eine individualisierende Modifikation mindestens eines Klebstoffbestandteils erfolgt, sowie mit dem Verfahren individualisierte elektrische und/oder elektronische Strukturen.

Description

Druckverfahren zur Herstellung individualisierter elektrischer und/oder elektronischer Strukturen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Druckverfahren zur Herstellung individualisierter elektrischer und/oder elektronischer Strukturen, die über das erfindungsgemäße Verfahren herstellbaren individualisierten elektrischen und/oder elektronischen Strukturen, sowie die Verwendung der individualisierten elektrischen und/oder elektronischen Strukturen.
Bei einer elektrischen Struktur im Sinne der vorliegenden Erfindung handelt es sich dabei um eine elektrische Schaltung oder Teile einer elektrischen Schaltung, die einen Zusammenschluss mit elektrischen bzw. elektromechanischen Komponenten (wie z.B. Schaltern, Lampen oder Motoren) bilden kann oder bildet. Die Funktionsweise der Schaltung beruht dabei auf einem elektrischen Strom, der in einem geschlossenen Kreislauf (Stromkreis) durch die Bauteile fließt. Unter einer elektrischen Struktur sind dabei nicht nur aktive Elemente, sondern auch passive elektrische Elemente (wie beispielsweise Antennen oder Leiterbahnen) zu verstehen.
Bei einer elektronischen Struktur im Sinne der vorliegenden Erfindung handelt es sich dabei um eine elektronische Schaltung oder Teile einer elektronischen Schaltung, die einen Zusammenschluss mit elektronischen Bauelementen (wie z.B. Dioden, Kondensatoren und Transistoren) bilden kann oder bildet. Unter einer elektronischen Struktur sind dabei insbesondere auch leitfähige Strukturen zu verstehen, die Teil eines Kondensators sein können. Eine in der Struktur enthaltene Information, kann dabei z.B. über kapazitive Verfahren ausgelesen werden können. Derartige leitfähige Strukturen, die Teil eines Kondensators sein können, sind zum Beispiel Muster, zweidimensionale Barcodes oder auch Texte.
Die Herstellung elektronischer und/oder elektrischer Strukturen über Druckprozesse hat im Vergleich zu vielen anderen Verfahren wie z.B. Masken-Ätzen, Lithographie oder das Benutzen von Schattenmasken den Vorteil, dass die Deposition über einen kontinuierlichen Druckprozess erfolgen kann und somit vergleichsweise schneller und kostengünstiger ist. Es sind mittlerweile verschiedene Verfahren bekannt, elektrische bzw. elektronische Strukturen, insbesondere elektrische und/oder elektronische Schaltungen, ganz oder teilweise durch drucktechnische Verfahren auf ein Trägersubstrat bzw. einen Bedruckstoff zu übertragen.
Da sich über Offsetdruck sehr kleine Elemente darstellen lassen, ist dies Verfahren prinzipiell gut geeignet, elektronische Schaltungen ganz oder teilweise herzustellen. Mit der aufgrund ihrer langen Lebensdauer als „permanent" bezeichneten Druckform des Offsetdrucks kann dabei eine hohe Produktivität mit gleichzeitig sehr hohen Strukturfeinheiten erreicht werden. Da die permanente Druckform beim Offsetdruck jedoch aufgrund ihrer Komplexität und den damit verbundenen hohen Herstell kosten üblicherweise für mehr als einen Druckdurchlauf verwendet wird, hat dies Verfahren den Nachteil, dass darüber keine individualisierten elektronischen und/oder elektrischen Strukturen über eine einfache Art und Weise im Massendruck auf Trägersubstraten bzw. Bedruckstoffen aufgebracht werden können.
Unter einer „individualisierten" Struktur ist dabei eine für sich genommen einzigartige Struktur zu verstehen. Insbesondere unterscheidet sich diese individualisierte Struktur von den anderen Strukturen, die während eines zeitgleichen sowie den zeitlich davor und danach liegenden Druckdurchläufen erzeugt wird, durch eine andere zweidimensionale Ausgestaltung. Derartige individualisierte elektronische und/oder elektrische Strukturen haben gegenüber nicht individualisierten Strukturen den Vorteil, dass mit ihnen über im wesentlichen elektrischen und/oder elektronischen Verfahren eindeutig zuordnebare Informationen ausgegeben und/oder aufgenommen werden können.
Im Gegensatz zu dem Drucken reiner Texte bzw. graphisch gestalteter Strukturen kommt es beim Drucken von elektronischen und/oder elektrischen Strukturen nicht nur auf eine gute visuelle Wiedergabe sondern vor allem auf die Einhaltung der elektrophysikalischen Anforderungen an. So ist z.B. der Widerstand einer Leiterbahn nicht nur von den Materialeigenschaften des applizierten leitfähigen Materials abhängig, sondern auch von der Geometrie des Leitungsquerschnittes. Die dünnste Stelle der Leiterbahn definiert den wirksamen elektrischen Widerstand. Für eine reproduzierbare, definierte elektrische Funktion ist somit eine möglichst gleichmäßige, homogene Applikation der leitfähigen Druckfarbe notwendig.
Ein weiterer Nachteil des Offsetdrucks sind deswegen die relativ dünnen Schichten, die über Offsetdruck appliziert werden können (maximal 3 μm). Diese geringen Schichtdicken resultieren in relativ hohen Durchgangswiderständen und hohen Anfälligkeiten für drucktechnische Störungen. Auch das Wegschlagen der Druckfarbe in den Bedruckstoff kann zu Veränderungen der elektro-physikalischen Eigenschaften führen.
Diese Nachteile können zwar durch den Einsatz von modifizierten Bogenoffsetfarben, in denen Pigmente oder leitfähige Strukturen in einem Bindemittel gebunden sind, vermieden werden, die Leitfähigkeit der resultierenden Strukturen leidet aber dabei.
Eine Möglichkeit, eine hohe Produktivität und sehr hohe Strukturfeinheiten zu erhalten, dabei aber die genannten Nachteile zu umgehen, ist das Folientransferverfahren.
Ein Folientransferverfahren zur Herstellung elektronischer und/oder elektrischer Strukturen wird in DE 10 2004 019 412 A1 beschrieben. Dies Dokument beschreibt Verfahren zum Drucken elektrischer und/oder elektronischer Strukturen, insbesondere elektrischer Leiterbahnen und/oder elektronischer Schaltungen, auf einen Bedruckstoff, bei dem der Bedruckstoff hierzu durch mehrere hintereinander angeordnete Druckwerke einer Druckmaschine bewegt wird, und in mindestens einem ersten Druckwerk ein Sujet der zu druckenden elektrischen und/oder elektronischen Struktur mit einem Kleber auf den Bedruckstoff aufgetragen wird, und der mit dem Klebstoff partiell bedruckte Bedruckstoff mindestens einem zweiten Druckwerk zugeführt wird, in welchem auf die mit Klebstoff bedruckten Bereiche des Bedruckstoffs ein leitfähiges Material aufgetragen wird. Das leitfähige Material kann z.B. metallischer Art sein, oder aus leitfähigen Rußen oder Funktionspolymeren wie z.B. Polythiophenen, Polypyrrolen, Polyanilinen oder Polyethylen-Dioxythiophenen bestehen. Das Folientransferverfahren kann weiterhin inline in einer Offsetdruckmaschine erfolgen.
Bislang wird eine Individualisierung von Informationen über Druckprozesse zum Beispiel bei der Sehennummerierung von Geldscheinen oder beim Aufbringen eines Mindesthaltbarkeitsdatums auf Lebensmittelverpackungen angewandt. Technisch kommen dabei bislang unterschiedliche Verfahren zum Einsatz.
Die am häufigsten angewendete Technik ist das Stempeln von Informationen. Bei diesem Verfahren, auch „Impact Numbering" genannt, werden zum Beispiel Rotationsstempel verwendet, die fortlaufende Produktnummern auf die Bedruckstoffe aufdrucken. Alternativ können auch Laser zum Informationsübertrag eingesetzt werden. Bei dieser „Laser-Perforation" oder auch „Laser-Engraving" genannten Methode werden individualisierte Informationen auf eine spezielle lasersensitive Schicht im Bedruckstoff übertragen. Eine weitere Technik, die mittlerweile verstärkt in der Individualisierung zum Einsatz kommt, ist der individualisierte Tintenstrahldruck. Bei dieser „Inkjet-phnting" genannten Methode werden kleine Tintentröpfchen auf den Bedruckstoff übertragen. Durch die Rasterung und die kleine Größe der Tropfen eignet sich diese Methode auch, bildgebende Schichten zu übertragen.
All diese Individualisierungstechniken eignen sich jedoch nicht dazu, die über ein Folientransferverfahren herstellbaren elektronischen und/oder elektrischen Strukturen über ein direktes Verfahren selbst zu individualisieren.
DE 10 2005 011 697 A1 beschreibt die Kombination eines Folientransferverfahrens mit verschiedenen Individualisierungsschritten zur Warensicherung. Dabei kann die Individualisierung in Form einer Nummerierung oder eines Strichcodes über mechanischen Druck, Inkjet-Druck, Lasergravur und ggf. auch über ein Hologramm erfolgen. Möglich ist auch eine Individualisierung über Präge- oder Struktureffekte, ein Aufbringen über radiofrequente Etiketten oder bestimmte organische Chemikalien im Kleber. Bei keiner dieser Individualisierungsmöglichkeiten handelt es sich jedoch um technische Individualisierungen der leitfähigen Struktur selbst, sondern um Individualisierungen einer selbst nicht-individualisierten Struktur über separate Hilfsmittel. In der beschriebenen Methode handelt es sich weiterhin um ein indirektes Verfahren zum Aufbringen von Informationen. Da die Individualisierung auf der Transferfolie vor dem Übertrag auf den Bedruckstoff stattfindet, hat diese Methode den Nachteil, dass sie nicht über eine befriedigende Passergenauigkeit verfügt, da die Transferfolie beim kontinuierlichen Abrollen vibriert und schwingt.
DE 10 2005 011 568 A1 beschreibt ebenfalls die Kombination von einem Folientransfer- verfahren mit verschiedenen Individualisierungsschriften, nämlich über mechanischen Druck, Inkjet-Druck, Lasergravur, Hologramme, die Verwendung von Präge- und Struktur-Werkzeugen oder hochfrequente Etiketten. Auch in diesem Falle erfolgt jedoch keine Individualisierung der leitfähigen Struktur selbst, sondern eine Individualisierung der nicht-individualisierten Struktur über separate Hilfsmittel.
Auch EP 1 803 562 A1 beschreibt ein Folientransferverfahren, bei dem über ein separates InkJet-System vor oder nach der Folienapplikation ein Individualisierungsschritt durchgeführt werden kann. Somit erfolgt auch hier keine Individualisierung der leitfähigen Struktur selbst, sondern eine Individualisierung der nicht-individualisierten Struktur über ein separates Hilfsmittel.
Prinzipiell wäre zwar auch denkbar, Herstellverfahren für elektrische und/oder elektronische Strukturen über Folientransferverfahren mit angeschlossenen Inkjet- Druck-Individualisierungsschritten des o.g. Standes der Technik im Handel erhältlichen verdruckbaren Formulierungen zur Erzeugung leitfähiger durchzuführen, und so über ein kombiniertes Folientransfer-Inkjet-Verfahren (zum Beispiel über das „Schließen" von über Folientransferverfahren hergestellter Leiterbahnen via Inkjet-Druck) individualisierte elektrische und/oder elektronische Strukturen zu erzeugen. So gibt es zum Beispiel von der Firma Cabot InkJet-Formulierungen auf Basis von Silbernanopartikeln, die nach Trocknung und gegebenenfalls einer zusätzlichen thermischen Nachbehandlung eine hohe spezifische Leitfähigkeit aufweisen. Ebenfalls ist es bekannt, dass intrinsisch leitfähige Polymere, wie zum Beispiel Pani (Polyanilin, z.B. von Ormecon) oder Clevios P (Pedot:PSS, z.B. von H. C. Starck) mit einem Digitaldruckverfahren wie z.B. InkJet aufgebracht werden können. Von H. C. Starck gibt es beispielsweise kommerziell erhältliche leitfähige Inkjet-Tinten. Ein gemeinsamer Nachteil eines möglichen nachträglichen Individualisierungsschrittes über Inkjet-Druck ist dabei jedoch, dass diese nach einem Auftragungsschritt zumeist aufwändig getrocknet und ggf. zusätzlich thermisch nachbehandelt werden müssen. Darüber hinaus haben alle bekannten kommerziell erhältlichen Tinten den Nachteil, dass sie zum einen häufig nicht über die gewünschten physikalischen Eigenschaften wie Viskosität o.a. verfügen, und zum anderen in der Regel sehr kostenintensiv sind.
Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung individualisierter elektrischer und/oder elektronischer Strukturen über ein Kaltfolientransferverfahren bereitzustellen, das die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik und die weiteren angesprochenen möglichen Nachteile vermeidet.
Die vorliegende Aufgabe wird gelöst durch ein Druckverfahren zur Herstellung elektrischer und/oder elektronischer Strukturen auf einem Bedruckstoff, bei dem der Bedruckstoff durch mehrere hintereinander angeordnete Druckwerke einer Druckmaschine bewegt wird, und nachfolgend i) in mindestens einem ersten Druckwerk ein Sujet der zu druckenden elektrischen und/oder elektronischen Struktur mit mindestens einer Klebestoffkomponente (A)1 auf den Bedruckstoff unter Erzeugung einer Sujet-förmigen Klebstoff-Struktur aufgetragen wird, und ii) der mit dem Klebstoff partiell bedruckte Bedruckstoff mindestens einem zweiten Druckwerk zugeführt wird, in welchem auf die mit Klebstoff bedruckten Bereiche des Bedruckstoffs mindestens ein leitfähiges Material (B) aufgetragen wird, wobei vor Schritt ii) eine individualisierende Modifikation mindestens eines Klebstoffbestandteils erfolgt.
Unter einer „individualisierenden Modifikation mindestens eines Klebstoffbestandteils" ist dabei für den Fall, dass
- in Schritt i) nur eine Klebstoffkomponente (A) aufgetragen wird, ein Schritt der selektiven Bearbeitung der resultierenden Klebstoff-Struktur der Klebstoffkomponente (A)
- und für den Fall, dass in Schritt i) mehrere Klebstoffkomponenten (A)1 aufgetragen werden, ein Schritt der selektiven Bearbeitung einer aus mindestens einer Klebstoffkomponente bestehenden Teil-Struktur (a) oder der Gesamt- Klebstoff-Struktur (A) zu verstehen, der zu einer Individualisierung der Klebstoff-Strukturen (A) bzw. (a)
- durch einen partiellen Abtrag des Klebstoffs,
- eine partielle chemische Umwandlung und/oder chemische oder physikalische Zerstörung des Klebstoffs bzw. seiner wesentlichen Bestandteile und/oder
- eine Abdeckung bzw. Benetzung durch andere Substanzen vor dem Aufbringen des leitfähigen Materials in Schritt ii) führt.
Bevorzugt ist die individualisierende Modifikation mindestens ein chemischer oder physikalischer Bearbeitungsschritt, bevorzugt ein chemischer oder physikalischer Bearbeitungsschritt ausgewählt aus einer Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung, Inkjet-Bedrucken mit einer modifizierenden Drucktinte, Laser-Bedrucken mit einer Tonersubstanz und einem Stempelverfahren. Bevorzugt eignet sich eine Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung für die individualisierende Modifikation von UV-härtenden oder durch UV-Strahlung aktivierbaren Klebstoffbestandteilen. Dazu ist der mindestens eine Klebstoffbestandteil ein UV-härtender oder durch UV-Strahlung aktivierbarer Klebstoffbestandteil und wird vor Schritt ii) selektiv mit einem UV-Strahler, bevorzugt einer UV-LED-Leiste oder einen Laser bestrahlt. Dabei kann bevorzugt die Bestrahlung ausschließlich über die UV-LED- Leiste oder den Laser erfolgen. Alternativ kann auch zunächst die gesamte Struktur des Klebstoffbestandteils mit einem UV-Strahler niederer Leistung zur Vorbehandlung bestrahlt werden, um dann nachfolgend selektiv die ganzflächig vorbehandelte Struktur des Klebstoffbestandteils selektiv zu aktivieren bzw. auszuhärten.
Für diese Verfahrensvariante vorteilhafte einsetzbare UV-Klebstoffe und entsprechende UV-Strahler und Laser sind im Handel erhältlich und können zum Beispiel bei der Firma Hoenle UV Technology oder bei Wellomer Adhesive Technology erworben werden.
Vorteilhaft ist auch ein Verfahren, bei dem der mindestens einen Klebstoffbestandteil selektiv mit einer Drucktinte enthaltend den Klebstoffbestandteil über Inkjet-Druck bedruckt wird, um so eine Individualisierung der Klebstoffstruktur zu erzielen.
Entsprechend für derartige Druckverfahren einsetzbare Klebstoffe sind zum Beispiel Loctite von der Firma Henkel.
Für den Einsatz von Mehrkomponentenklebstoffen eignet sich bevorzugt eine Verfahrensvariante, bei der der mindestens eine Klebstoffbestandteil die erste Komponente eines Zweikomponentenklebstoffs ist, der durch ein Inkjet-Bedrucken mit einer modifizierenden Drucktinte der zweiten, typischerweise als „Aktivator" bezeichneten Komponente des Klebstoffs individualisiert wird. Dazu wird der mindestens eine Klebstoffbestandteil die erste Komponente eines Zweikomponenten- klebstoffs über ein Inkjet-Druckverfahren selektiv mit der zweiten Komponente des Klebstoffs bedruckt. Für diese Verfahrensvariante vorteilhafte einsetzbare Mehrkomponentensysteme existieren ebenfalls von der Firma Henkel, spezielle Varianten, bei denen eine Komponente über ein Ink-Jet Verfahren aufgebracht wird, befinden sich in Entwicklung.
Weiterhin vorteilhaft ist eine Verfahrensvariante, bei der mindestens eine Klebstoffbestandteil ein UV-aktivierbarer Klebstoff ist, der selektiv über InkJet mit einer modifizierenden Drucktinte bestehend aus einem UV-härtenden Klebstoff oder Lack bedruckt wird. So wird bei einer nachfolgenden Bestrahlung mit einem UV-Strahler gleichzeitig der UV-härtende Klebstoff bzw. Lack ausgehärtet und nur der darunter liegende, nicht bedeckte IV-aktivierbare Klebstoff aktiviert.
Für diese Verfahrensvariante vorteilhafte einsetzbare UV-Klebstoffe und entsprechende UV-Strahler sind im Handel erhältlich und können zum Beispiel bei der Firma Hoenle UV Technology oder bei Wellomer Adhesive Technology erworben werden.
Eine bevorzugte Variante, mit der ein individualisierender Abtrag von Klebstoff bzw. ein individualisierendes Plätten der Klebstoffstruktur erzielt werden kann, ist ein Verfahren, bei dem der mindestens eine Klebstoffbestandteil durch ein individualisierendes Stempelverfahren oder ein Stanzverfahren nachbearbeitet wird.
Eine weitere bevorzugte Verfahrensvariante beruht darauf, dass der mindestens eine Klebstoffbestandteil über ein Druckverfahren, bevorzugt ein InkJet- oder Laser-Toner- Verfahren, selektiv mit einem Klebstoffbestandteil-adhäsiven Pulver oder einer Klebstoff-benetzenden bzw. Klebstoff-abbauenden Drucktinte bedruckt wird. So wird die Klebeleistung des Klebstoffes durch Bedeckung mit dem Pulver bzw. der Klebstoffbenetzenden Drucktinte abgedeckt und kann nicht mehr klebend wirken, oder er wird alternativ auf typischerweise chemische Reaktion abgebaut.
Bei dem leitfähigen Material, das in Schritt ii) aufgebracht wird, handelt es sich bevorzugt um Metalle, leitfähige Ruße oder Funktionspolymere. Unter einem Funktionspolymer sind dabei Polymere mit halbleitenden oder leitenden Eigenschaften, zu verstehen. Bevorzugt einsetzbare Metalle sind Aluminium, Silber oder Kupfer. Bei bevorzugt einsetzbaren leitfähigen Rußen handelt es sich zum Beispiel um Carbon Black. Bevorzugt einsetzbare Funktionspolymere sind Polythiophene, Polypyrrole, Polyaniline oder Polyethylen-Dioxythiophene.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin eine individualisierte elektrische und/oder elektronische Struktur, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbar ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann prinzipiell auch zur Erzeugung individualisierter nicht-elektrischer und nicht-elektronischer Strukturen verwendet werden.
Beispiele
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
Abbildung 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Druckmaschine zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Personalisieren elektrischer und/oder elektronischer Strukturen. Nachfolgend wird die hier vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die Abbildung in größerem Detail beschrieben.
Die Abbildung zeigt einen Ausschnitt aus einer Druckmaschine 10 im Bereich von drei hintereinander angeordneten Druckwerken 11, 12 und 13, wobei ein zu bedruckender Bedruckstoff in Richtung des Pfeils 14 durch die Druckwerke 11 , 12 und 13 bewegt wird. Optional befindet sich zwischen dem Druckwerk 11 und dem Druckwerk 12 ein weiteres Druckmodul 19. Mit dem hier vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren soll eine individualisierte elektronische bzw. elektrische Struktur auf den Bedruckstoff aufgetragen werden.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, in mindestens einem ersten Druckwerk, im Ausführungsbeispiel der Abbildung im Druckwerk 11, ein Precursorbild der zu druckenden, elektrischen und/oder elektronischen Struktur mit einem Kleber auf den Bedruckstoff aufzutragen.
Darauffolgend wird der mit Klebstoff oder einem Klebstoffprecursor partiell bedruckte Bedruckstoff mindestens einem weiteren Druckwerk 19 zugeführt, in dem der partiell bedruckte Bedruckstoff so modifiziert wird, dass die klebenden Bereiche individualisierte Informationen enthalten. Das zusätzliche Druckwerk 19 kann beispielsweise eine Leiste aus UV-Leuchtdioden sein, es kann sich aber auch um ein Ink-Jet Modul, ein Laserdruckwerk, ein Rotationsstempeldruckverfahren oder eine beliebiges anderes Digitaldruckverfahren handeln. Daraufhin wird der Bedruckstoff mindestens einem zweiten Druckwerk, im Ausführungsbeispiel der Abbildung dem Druckwerk 12, zugeführt. In diesem zweiten Druckwerk 12 wird dann auf die klebenden Bereiche des Bedruckstoffs ein leitfähiges Material aufgetragen. Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird der Klebstoff im ersten Druckwerk 11 vorzugsweise im Offsetdruck aufgetragen. In diesem Fall ist das erste Druckwerk 11 als Offset-Druckwerk ausgebildet. Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass das erste Druckwerk 11 als direktes oder indirektes Hochdruckwerk ausgebildet ist, um so den Klebstoff im direkten oder indirekten Hochdruck auf den Bedruckstoff aufzutragen. Wie in der Abbildung dargestellt, wird nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der hier vorliegenden Erfindung der mit dem Klebstoff partiell bedruckte Bedruckstoff in dem zweiten Druckwerk 12 einer Folie 15 zugeführt. Die Folie 15 trägt ein elektrisch leitfähiges bzw. ein elektrisch halbleitfähiges Material, welches von der Folie 15 auf die mit Klebstoff bedruckten Bereiche des Bedruckstoffs übertragen wird. Wie der Abbildung entnommen werden kann, wird die Folie 15 von einer ersten Trommel 16 abgewickelt, über mehrere Umlenkwalzen 17 dem Bedruckstoff zugeführt und nach dem Übertragen des leitfähigen Materials auf die mit Klebstoff bedruckten Bereiche des Bedruckstoffs auf einer Trommel 18 aufgewickelt. Auf der Trommel 16 liegt demnach eine vollständig bzw. komplett mit leitfähigem Material beschichtete Folie vor, wohingegen auf der Trommel 18 das leitfähige Material bereichsweise von der Folie 15 auf den Bedruckstoff übertragen wurde. Bei der auf der Trommel 18 aufgewickelten Folie handelt es sich demnach um „verbrauchte" Folie. Im Anschluss an das Auftragen des leitfähigen Materials auf die mit Klebstoff bedruckten Bereiche des Bedruckstoffs wird der Bedruckstoff dem Druckwerk 13 zugeführt.
Beispiel 1 :
Es liegt im Sinne der vorliegenden Erfindung, einen Kleber zu benutzen, der mittels UV- Bestrahlung aktiviert wird. Solche Kleber sind in der Drucktechnik gut bekannt. Dabei wird in mindestens einem ersten Druckwerk, im Ausführungsbeispiel der Abbildung im Druckwerk 11, ein Precursorbild der zu druckenden, elektrischen und/oder elektronischen Struktur mit einem Kleber auf den Bedruckstoff aufgetragen.
Darauffolgend wird der mit dem UV-aktivierbaren Klebstoff partiell bedruckte Bedruckstoff mindestens einem weiteren Druckwerk 19 zugeführt, in dem sich eine Leiste aus UV-Leuchtdioden befindet. Diese aktiviert nun durch selektive partielle oder flächige UV-Bestrahlung die Bereiche des Klebers, die im folgenden Druckwerk mittels des Folienübertrages das individualisierte Bild ergeben sollen.
Daraufhin wird der Bedruckstoff mindestens einem zweiten Druckwerk, im Ausführungsbeispiel der Abbildung dem Druckwerk 12, zugeführt. In diesem zweiten Druckwerk 12 wird dann auf die klebenden Bereiche des Bedruckstoffs ein leitfähiges Material aufgetragen. Sollte die Intensität der Bestrahlung nicht ausreichen, den Klebstoff ausreichend zu aktivieren, ist es ebenfalls im Sinne der Erfindung, vor oder nach der UV-LED-Leiste in 19 den gesamten Kleber flächig mit einer weiteren UV- Quelle so zu bestrahlen, dass nur die bestrahlten Bereiche beim Folientransfer mit Folie bedeckt werden.
Es liegt ebenso im Sinne der Erfindung, einen Kleber zu verwenden, der mittels UV- Licht ausgehärtet werden kann. Der oben beschriebene Prozess kann dann so verwendet werden, dass durch die selektive Bestrahlung im Bereich 19 der Kleber deaktiviert wird, und nur unbelichtete Bereiche im Druckwerk 12 mit Folie bedeckt werden.
Beispiel 2:
Es liegt ebenfalls im Sinne der vorliegenden Erfindung, einen Zwei-Komponenten- Kleber zu benutzen. Dabei wird in mindestens einem ersten Druckwerk, im Ausführungsbeispiel der Abbildung im Druckwerk 11, ein Precursorbild der zu druckenden Struktur mit einem der ersten Komponente des Klebers auf den Bedruckstoff aufgetragen. Darauffolgend wird der partiell bedruckte Bedruckstoff mindestens einem weiteren Druckwerk 19 zugeführt, in dem sich ein InkJet Druckmodul oder eine anderes Digitaldruckverfahren befindet. Dieses beschichtet nun selektiv partiell oder flächig die Bereiche mit der zweiten Komponente des zwei-komponentenklebers, die im folgenden Druckwerk mittels des Folienübertrages das individualisierte Bild ergeben sollen. Daraufhin wird der Bedruckstoff mindestens einem zweiten Druckwerk, im Ausführungsbeispiel der Abbildung dem Druckwerk 12, zugeführt. In diesem zweiten Druckwerk 12 wird dann auf die klebenden Bereiche des Bedruckstoffs ein leitfähiges Material aufgetragen.
Beispiel 3:
Eine weitere Anwendung der vorliegenden Erfindung ist im Folgenden beschrieben: Es wird in mindestens einem ersten Druckwerk, im Ausführungsbeispiel der Abbildung im Druckwerk 11, ein Precursorbild der zu druckenden Struktur mit einem Kleber auf den Bedruckstoff aufgetragen.
Darauffolgend wird der partiell bedruckte Bedruckstoff mindestens einem weiteren Druckwerk 19 zugeführt, in dem sich ein InkJet Druckmodul oder eine anderes Digitaldruckverfahren befindet. Dieses beschichtet nun partiell einzelne Bereiche, die zuvor mit Kleber versehen wurden, mit einem Deaktivator, z.B. einem Pulver so, dass der Kleber an diesen Stellen nicht mehr über eine ausreichende Klebewirkung verfügt. Daraufhin wird der Bedruckstoff mindestens einem zweiten Druckwerk, im Ausführungsbeispiel der Abbildung dem Druckwerk 12, zugeführt. In diesem zweiten Druckwerk 12 wird dann auf die klebenden Bereiche des Bedruckstoffs ein leitfähiges Material aufgetragen.
Es liegt ebenso im Sinne der Erfindung, nach dem Auftrag des Klebers im Druckwerk 11 , den partiell bedruckten Bedruckstoff mindestens einem weiteren Druckwerk 19 zuzuführen, in dem sich ein InkJet Druckmodul oder eine anderes Digitaldruckverfahren befindet. In diesem wird mittels des Digitaldruckverfahrens zusätzlicher Kleber aufgebracht, so dass ein erweitertes, klebendes Druckbild entsteht. Daraufhin wird der Bedruckstoff mindestens einem zweiten Druckwerk, im Ausführungsbeispiel der Abbildung dem Druckwerk 12, zugeführt. In diesem zweiten Druckwerk 12 wird dann auf die klebenden Bereiche des Bedruckstoffs ein leitfähiges Material aufgetragen.
Beispiel 4:
Eine weitere Anwendung der vorliegenden Erfindung ist im Folgenden beschrieben: Es wird in mindestens einem ersten Druckwerk, im Ausführungsbeispiel der Abbildung im Druckwerk 11, ein Precursorbild der zu druckenden Struktur mit einem Kleber, zum Beispiel einem UV-aktivierbaren Kleber, auf den Bedruckstoff aufgetragen.
Darauffolgend wird der partiell bedruckte Bedruckstoff mindestens einem weiteren Druckwerk 19 zugeführt, in dem sich ein InkJet Druckmodul oder ein anderes Digitaldruckverfahren befindet. Dieses beschichtet nun partiell einzelne Bereiche, die zuvor mit Kleber versehen wurden, mit einem UV härtenden Lack. Anschließend wird der gesamte Bogen flächig mit UV-Licht bestrahlt. Die Bereiche mit dem Kleber werden oder bleiben klebend, während die Bereiche mit dem UV härtenden Lack für den folgenden Folienübertrag deaktiviert werden. Daraufhin wird der Bedruckstoff mindestens einem zweiten Druckwerk, im Ausführungsbeispiel der Abbildung dem Druckwerk 12, zugeführt. In diesem zweiten Druckwerk 12 wird dann auf die klebenden Bereiche des Bedruckstoffs ein leitfähiges Material aufgetragen.

Claims

Patentansprüche:
1. Druckverfahren zur Herstellung elektrischer und/oder elektronischer Strukturen, auf einem Bedruckstoff, bei dem der Bedruckstoff durch mehrere hintereinander angeordnete Druckwerke einer Druckmaschine bewegt wird, und nachfolgend i) in mindestens einem ersten Druckwerk ein Sujet der zu druckenden elektrischen und/oder elektronischen Struktur mit mindestens einer Klebestoffkomponente (A)1 auf den Bedruckstoff unter Erzeugung einer Sujet-förmigen Klebstoff-Struktur aufgetragen wird, und ii) der mit dem Klebstoff partiell bedruckte Bedruckstoff mindestens einem zweiten Druckwerk zugeführt wird, in welchem auf die mit Klebstoff bedruckten Bereiche des Bedruckstoffs mindestens ein leitfähiges Material (B) aufgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor Schritt ii) eine individualisierende Modifikation mindestens eines
Klebstoffbestandteils erfolgt.
2. Druckverfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die individualisierende Modifikation des mindestens einen Klebstoffbestandteils durch mindestens einen chemischen oder physikalischen Bearbeitungsschritt erfolgt.
3. Druckverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der chemische oder physikalische Bearbeitungsschritt ausgewählt ist aus einer Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung, Inkjet-Bedrucken mit einer modifizierenden Drucktinte, Laser-Bedrucken mit einer Tonersubstanz und einem Stempelverfahren.
4. Druckverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Klebstoffbestandteil ein UV-härtender oder durch UV- Strahlung aktivierbarer Klebstoffbestandteil ist und vor Schritt ii) selektiv mit einem UV-Strahler, bevorzugt einer UV-LED-Leiste oder einem Laser bestrahlt wird.
5. Druckverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Klebstoffbestandteil selektiv mit einer Drucktinte enthaltend den Klebstoffbestandteil über Inkjet-Druck bedruckt wird.
6. Druckverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Klebstoffbestandteil die erste Komponente eines Zweikomponentenklebstoffs ist, der über ein Inkjet-Druckverfahren selektiv mit der zweiten Komponente des Klebstoffs bedruckt wird.
7. Druckverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Klebstoffbestandteil ein UV-aktivierbarer Klebstoff ist, der selektiv über InkJet mit einer modifizierenden Drucktinte bestehend aus einem UV-härtenden Klebstoff oder Lack bedruckt und nachfolgend mit einem UV- Strahler bestrahlt wird.
8. Druckverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Klebstoffbestandteil durch ein individualisierendes Stempel- oder Stanzverfahren nachbearbeitet wird.
9. Druckverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Klebstoffbestandteil über ein Druckverfahren selektiv mit einem Klebstoffbestandteil-adhäsiven Pulver oder einer Klebstoffbenetzenden bzw. Klebstoff-abbauenden Drucktinte bedruckt wird.
10. Druckverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine in Schritt ii) aufzubringende Material ein Metall, ein leitfähiges Ruß oder ein Funktionspolymer ist.
11. Individualisierte elektrische und/oder elektronische Struktur, herstellbar nach einem Verfahren nach den Ansprüchen 1-10.
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