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Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein elektrisch funktionales Mehrschichtfoliensystem und ferner auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen elektrisch funktionalen Mehrschichtfoliensystems.
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Für die Bereitstellung von elektrischen Funktionen, z. B. Sensorfunktionen, deren Werte beispielsweise elektrisch ausgelesen werden können, werden beispielsweise Silizium-Chips eingesetzt, die auf starren Trägern oder flexiblen Substraten montiert werden können. Aufbau- und Verbindungstechniken (AVT) für Silizium-Chips auf starren Trägern sind z. B. „Wire-Bonding” und „Flip-Chip-Bonding” mittels Löten, leitfähigen und anisotrop leitfähigen Klebstoffen. Aufbau- und Verbindungstechniken für Silizium-Chips auf flexiblen Substraten sind, z. B. „Flip-Chip-Bonding”, wie zuvor genannt, und isoplanare Kontaktierungen.
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Die
DE 693 17 145 T2 bezieht sich beispielsweise auf ein Verfahren zur Herstellung eines organischen Substrats zur Verwendung in Leiterplatten. Dabei umfasst das Verfahren die Herstellung von Durchgangslöchern in einem isolierenden Substrat, das Einfüllen einer elektrischen leitfähigen Paste in die Durchgangslöcher und das Aushärten der elektrisch leitenden Paste, wobei das isolierende Substrat ein organisches, poröses Rohmaterial ist, das unter Druck schrumpft und aus einem zusammengesetzten Material besteht, das ein „thermisch aushärtendes Harz” enthält.
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Die
DE 41 32 995 A1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung elektrisch leitender Verbindungen zwischen Leiterbahnen, die auf der Oberfläche einer als Träger dienenden starren Leitplatte angeordnet sind, und Leiterbahnen, die auf der Oberfläche einer als Träger dienenden biegsamen Folie angeordnet sind. Dabei weisen die Leiterbahnen im Bereich der herzustellenden Verbindungen Lötflächen auf, wobei mindestens eine von zwei gegenüberliegenden Lötflächen mit einer Lötpaste oder Lötmaterial beschichtet ist und die gegenüberliegenden Lötflächen unter Verwendung von Wärme und ggf. Druck miteinander verlötet werden.
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Die
US 5 976 391 A bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer gedruckten Mehrschichtschaltungsanordnung mit zumindest zwei Leiterstrukturen. Dazu wird eine erste Schicht mit einer ersten Metalloberfläche und eine zweite Schicht mit einer zweiten Metalloberfläche bereitgestellt. Ein dünner flexibler Träger wird zwischen der ersten und zweiten Schicht platziert. Die erste und zweite Schicht werden an gegenüberliegenden Oberflächen des Trägers befestigt. Die erste und zweite Metalloberfläche werden geätzt, um erste und zweite Leiterstrukturen zu bilden. Die Leiterstrukturen bilden die elektrischen Leiterbahnen, die Komponenten auf einer elektronischen Schaltungsanordnung untereinander verbinden. Die erste und zweite Leiterstruktur sind elektrisch miteinander verbunden, um eine elektronische Schaltungsanordnung zu bilden, die elektronische Leiterbahnen auf beiden Seiten der Schaltungsplatine umfasst.
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Die
JP 11-040 922 A bezieht sich auf die Herstellung einer Schaltungsplatine aus „Keramik”.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein elektrisch funktionales Foliensystem und ein entsprechendes Herstellungsverfahren bereitzustellen, um unterschiedliche funktionale Schaltungselemente möglichst einfach in dem Foliensystem miteinander integrieren zu können.
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Diese Aufgabe wird durch ein Mehrschichtfoliensystem gemäß Anspruch 1 und Verfahren zum Herstellen eines Mehrschichtfoliensystem gemäß Ansprüchen 10 und 19 gelöst.
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung schafft ein elektrisch funktionales Mehrschichtsystem, mit einem ersten Foliensubstrat mit einem ersten Kontaktbereich und einem damit verbundenen ersten elektrischen Funktionselement, mit einem zweiten Foliensubstrat mit einem zweiten Kontaktbereich und einem damit verbundenen zweiten elektrisch funktionalen Element, und mit einer mit Durchgangsöffnungen strukturierten Zwischenfolie, die zwischen dem ersten und zweiten gegenüberliegenden Foliensubstrat angeordnet und mittels einer Klebe- oder Laminierungsverbindung mit denselben flächig verbunden ist. Dabei ist in zumindest einer Durchgangsöffnung der strukturierten Zwischenschicht, die sich zwischen dem ersten Kontaktbereich und dem zweiten Kontaktbereich befindet, ein leitfähiges Material angeordnet, um eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem ersten Kontaktbereich des ersten Foliensubstrats und dem zweiten Kontaktbereich des zweiten Foliensubstrats herzustellen. Auf zumindest einer Oberfläche der flexiblen Zwischenfolie ist an Positionen eine zusätzliche flexible Abdeckungsfolie angeordnet ist, an denen keine elektrischen Verbindungen zwischen dem ersten und zweiten Foliensubstrat vorzusehen sind. Ferner sind Kontaktbereiche und die elektrischen Funktionselemente an dem ersten und zweiten, flexiblen Foliensubstrat flexibel ausgebildet sind.
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Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung basieren auf dem Kerngedanken, dass eine mit Durchgangsöffnungen bzw. Löchern vorstrukturierte Zwischenfolie als strukturierte Zwischenschicht („Lochfolie” bzw. „Lochrasterfolie”) zur gleichzeitigen elektrischen und mechanischen Verbindung von funktionalen Foliensubstraten verwendet wird, wobei diese funktionalen Foliensubstrate selbst wiederum elektrische Funktionselemente, wie beispielsweise Leiterbahnen, aktiv elektrisch bzw. elektronische Bauelemente, passive elektrische oder elektronische Bauelemente integrierte Schaltungschips, Sensorelemente, und/oder Energieversorgungselemente, wie z. B. Batterien, aufweisen.
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Wie gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung dargestellt ist, ermöglicht das elektrisch funktionale Mehrschichtfoliensystem bzw. die erläuterte Vorgehensweise hinsichtlich der Aufbau- und Verbindungstechnik für Folien- bzw. Foliensubstrate eine mechanische und elektrische Verbindungsmöglichkeit von funktionalen Folienelementen, die prozesstechnisch relativ unaufwändig und kostengünstig realisierbar ist. Dabei erfolgt die mechanische und elektrische Verbindung zwischen den funktionalen Folienelementen mittels einer strukturierten Zwischenschicht, welche aus einer Anordnung leitfähiger Bereiche in einer nichtleitenden Matrix bzw. einem nicht-leitenden Lochraster besteht.
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Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist zumindest eine Durchgangsöffnung der strukturierten Lochfolie mit einem elektrisch leitfähigen Material versehen, wobei sich diese Durchgangsöffnung zwischen zwei einander zugewandten Kontaktbereichen auf dem ersten und dem zweiten Foliensubstrat befindet, um eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den ersten Kontaktbereichen und dem zweiten Kontaktbereich des ersten bzw. zweiten Foliensubstrats und damit zwischen zwei elektrischen Funktionselementen an dem ersten und dem zweiten Foliensubstrat herzustellen.
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Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann somit ein elektrisch funktionales Mehrschichtfoliensystem erhalten werden bzw. ein Herstellungsverfahren für ein solches elektrisch funktionales Mehrschichtfoliensystem ausgeführt werden, bei dem flexible Foliensubstrate, die beispielsweise Dicken zwischen 100 nm und 250 μm, zwischen 500 nm und 100 μm μm oder zwischen 1 μm und 50 μm aufweisen, verwendet werden können, so dass das resultierende elektrisch funktionale Mehrschichtfoliensystem selbst mechanisch flexibel bleibt und insbesondere beispielsweise auf unebene Oberflächen, das heißt auf Oberflächen mit einer Oberflächentopologie, aufgebracht werden.
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Darüber hinaus erlauben Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, dass Foliensubstrate großflächig einer Folienprozessierung unterzogen werden, so dass eine kostengünstige Massenproduktion elektrischer Systeme mit großen Abmessungen in Bereichen von Quadratzentimetern bis zu mehreren Quadratmetern bzw. eine Endlosverarbeitung in Rolle zu Rolle ermöglicht wird, welche auf Basis von Siliziumwafern nicht zu realisieren sind. Damit können beispielsweise äußerst zweckmäßig Mensch-Maschine-Interfaces, flächige Sensorfelder, Beleuchtungselemente, die Funktionalisierung von großen Flächen, wie Fenstern, Türen, Tischplatten, z. B. im Büro etc., hergestellt werden. Darüber hinaus ermöglichen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, die sich auf die jeweiligen Herstellungsverfahren beziehen, dass verschiedene Funktionseinheiten eines Systems, das heißt beispielsweise unterschiedliche Foliensubstrate mit spezifischen elektrisch funktionalen Elementen, die jeweils unterschiedlichen Prozessbedingungen bei deren Herstellung unterzogen werden müssen, trotzdem ohne größeren Aufwand zusammengefügt und assembliert werden können. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht alle Folienelemente bzw. alle verwendbaren unterschiedlichen Foliensubstrate mit den jeweiligen Prozessbedingungen aller anderen Foliensubstrate kompatibel sind. Daher ist die erfindungsgemäße Prozessierung als Einzelelemente auf Foliensubstraten bzw. Trägerfolien und deren nachträgliche Verbindung, wie dies Ausführungsbeispiele der vorliegenden Herstellungsverfahren lehren, äußerst vorteilhaft.
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Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird ferner eine äußerst variable Integrierbarkeit unterschiedlicher elektrischer Funktionselemente innerhalb des elektrisch funktionalen Mehrschichtfoliensystems ermöglicht, da beispielsweise leistungsfähige Elektronikkomponenten als (z. B. gedünnte) Silizium-Chips, Displays, Elektrolumineszenzelemente, OLEDs, E-Ink, Sensoren oder Aktoren, wie z. B. Schalter oder Taster, integriert und miteinander verknüpft werden können.
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Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1a–b ein funktionales Mehrschichtfoliensystem in einer Explosionsdarstellung und einer Schnittdarstellung gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
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2a–d ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines funktionalen Mehrschichtfoliensystems gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
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3a–c ein Flussdiagramm eines weiteren Verfahrens zur Herstellung eines elektrisch funktionalen Mehrschichtfoliensystems gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
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Im Folgenden wird nun anhand der Figuren das erfindungsgemäße elektrisch funktionale Mehrschichtfoliensystem und verschiedene Herstellungsverfahren zur Herstellung eines solchen elektrischen funktionalen Mehrschichtfoliensystems erläutert. In der nachfolgenden Beschreibung werden für funktionsähnliche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen oder entsprechenden funktionellen Eigenschaften die gleichen Bezugszeichen verwendet, so dass die Beschreibung dieser Elemente in den unterschiedlichen Figuren untereinander austauschbar ist.
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Im Folgenden wird nun anhand der 1a–b ein elektrisch funktionales Mehrschichtsystem gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung beispielhaft erörtert, wobei zur Verdeutlichung der Anordnung des elektrisch funktionalen Mehrschichtfoliensystems in 1a eine „Explosionsdarstellung” des Mehrschichtfoliensystems dargestellt ist und in 1b der letztendlich assemblierte Zustand des elektrisch funktionalen Mehrschichtfoliensystems gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung in einer Schnittansicht dargestellt ist.
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Wie in 1a und 1b dargestellt ist, umfasst das elektrisch funktionale Mehrschichtfoliensystem 100 ein erstes Foliensubstrat 102 mit einem ersten Kontaktbereich 104 und einem damit verbundenen ersten elektrischen Funktionselement 106. Das Mehrschichtfoliensystem 100 umfasst ferner ein zweites Foliensubstrat 110 mit einem zweiten Kontaktbereich 112 und einem damit verbundenen zweiten elektrisch funktionalen Element 114. Zwischen dem ersten und dem zweiten gegenüberliegenden Foliensubstrat 102, 110 ist eine mit Durchgangsöffnungen 122 strukturierte Zwischenfolie 120 angeordnet, die mittels einer Klebe- oder Laminierungsverbindung oder auch Kunststoffschweißen mit dem ersten und dem zweiten Foliensubstrat 102, 110 flächig verbunden ist. In zumindest einer Durchgangsöffnung 122-1 der strukturierten Zwischenschicht 120, d. h. in der Durchgangsöffnung, die sich zwischen dem ersten Kontaktbereich 104 und dem zweiten Kontaktbereich 112 befindet, ist ein elektrisch leitfähiges Material angeordnet, um eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem ersten Kontaktbereich 104 des ersten Foliensubstrats 110 und dem zweiten Kontaktbereich 112 des zweiten Foliensubstrats 110 herzustellen.
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Wie aus 1b ersichtlich ist, brauchen die Grundflächen des ersten Foliensubstrats und des zweiten Foliensubstrats nicht (exakt) übereinzustimmen, wobei lediglich gewährleistet werden sollte, dass zwischen den beiden Foliensubstraten 102, 110 jeweils die strukturierte Zwischenfolie 120 zur mechanischen Fixierung angeordnet ist, wobei der erste und der zweite gegenüberliegende Kontaktbereich 104, 112 so einander gegenüberliegend angeordnet sind, dass diese Kontaktbereiche zumindest teilweise zueinander überlappend ausgerichtet sind, damit das in der Durchgangsöffnung zwischen dem ersten und dem zweiten Kontaktbereich 104, 112 angeordnete elektrisch leitfähige Material 124 eine elektrische Verbindung zwischen diesen beiden Kontaktbereichen 104, 112 herstellt.
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Bei weiteren Ausführungsbeispielen des elektrisch funktionalen Mehrschichtfoliensystems gemäß der vorliegenden Erfindung kann sowohl das erste Foliensubstrat 102 als auch das zweite Foliensubstrat 110 jeweils eine Mehrzahl von Kontaktbereichen und eine Mehrzahl jeweils damit verbundener elektrisch funktionaler Elemente aufweisen, wobei dann das leitfähige Material in einer Mehrzahl von Durchgangsöffnungen 122 der strukturierten Zwischenfolie 120 angeordnet ist, um jeweils eine elektrische Verbindung zwischen zugeordneten Kontaktbereichen des ersten und zweiten Foliensubstrats 102, 110 herzustellen.
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Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen des elektrisch funktionalen Mehrschichtfoliensystems der vorliegenden Erfindung kann das leitfähige Material 124 beispielsweise in allen Durchgangsöffnungen zumindest eines Teilbereichs der strukturierten Zwischenfolie 120 angeordnet sein, um eine elektrische Kontaktierung zwischen einem oder mehreren zugeordneten Kontaktbereichen auf den gegenüberliegenden ersten und zweiten Foliensubstraten 102, 110 herzustellen. Bezüglich dieser Ausgestaltung der Zwischenfolie 120 wird beispielhaft auf die in der 3c dargestellte Ausführungsform des resultierten Mehrschichtfoliensystems hingewiesen.
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Um nun unerwünschte Kurzschlüsse zwischen dem ersten und dem zweiten Foliensubstrat über die zusätzlichen mit einem elektrisch leitfähigen Material 124 versehenen Durchgangsöffnungen der strukturierten Zwischenschicht 120 zu verhindern, ist auf dem ersten und/oder dem zweiten Foliensubstrat 102, 110 an den Positionen, an denen keine Kontaktbereiche vorhanden sind oder keine elektrische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Foliensubstrat 102, 110 vorzusehen ist (d. h. um einen unerwünschten, unbeabsichtigten Kurzschluss zwischen Funktionselementen an den beiden Foliensubstraten 102, 110 zu verhindern), eine Isolationsschicht oder einen Isolationsbereich 116 angeordnet. Diese Isolationsschicht kann so ausgebildet sein, um den gesamten Bereich außerhalb der mit einem elektrisch leitfähigen Metall gefüllten Durchgangsöffnung(en) 122-1 zu überdecken.
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Somit kann diese zusätzliche Isolationsschicht auch auf zumindest einer Oberfläche der Zwischenschicht 120 an den Positionen angeordnet sein, an denen keine elektrischen Verbindungen zwischen dem ersten und dem zweiten Foliensubstrat 102, 110 vorzusehen sind bzw. ein unbeabsichtigter Kurzschluss zwischen den Foliensubstraten 102, 110 verhindert werden soll.
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Wie in 1a dargestellt ist, kann die Zwischenfolie 120 ein gleichmäßiges Raster bzw. eine gleichmäßige Matrix von Durchgangsöffnungen bzw. Löchern aufweisen, wobei jedoch beachtet werden sollte, dass diese Durchgangslöcher auch nur in vorgegebenen Bereichen in der strukturierten Zwischenfolie 120 angeordnet sein brauchen. Bezüglich der Form und der Größe der Durchgangsöffnungen sind diese an die Größe und Form der zu verbindenden Kontaktbereiche auf beiden Foliensubstraten dahingehend anzupassen, dass einerseits eine sichere elektrische Verbindung so zwischen beiden Kontaktbereichen ermöglicht wird und ferner erforderliche Stromdichten aufgenommen werden können.
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Die Form der Durchführungsöffnungen 122 und damit der resultierenden Durchkontaktierungen, die durch das leitfähige Material 124 gebildet sind, ist typischerweise in etwa kreisförmig, wobei nicht unbedingt ein gleich bleibender Durchmesser über die Folienhöhe erforderlich ist. An sich ist die Form aber beliebig.
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Typische Durchmesser für die Durchführungsöffnungen 122 und damit der resultierenden Durchkontaktierungen liegen beispielsweise bei 5 μm bis 1000 μm oder bei 50 μm bis 500 μm. Die Tiefe der Durchführungsöffnungen 122 und damit der resultierenden Durchkontaktierungen ist abhängig von der Dicke der Folie bzw. der polymeren Zwischenschicht, d. h. beispielsweise mehrere 100 nm bis 250 μm.
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Bezüglich des elektrisch leitfähigen Materials in zumindest einer der Durchgangsöffnungen der strukturierten Zwischenfolie 120 ist zu beachten, dass dieses Material gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung einen leitfähigen Klebstoff oder eine leitfähige Füllmasse aufweisen kann, die plastisch oder elastisch verformbar ist. Ferner ist auch ein Metall einsetzbar, das aufgedampft, gesputtert oder galvanisch erzeugt wird, da Metalle bei den geringen Abmessungen und Dicken auch verformbar sind.
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Die Anforderungen für das elektrisch leitfähige Material besteht beispielsweise darin, dass nach Inkontaktbringen des elektrisch leitfähigen Materials mit den Kontaktbereichen 104 und 112 möglichst eine sichere elektrische Verbindung zwischen diesen beiden Kontaktbereichen 104, 112 auf dem ersten und dem zweiten Foliensubstrat 102, 110 beibehalten wird. Dazu kann gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung das elektrisch leitfähige Material anhaftend ausgebildet sein, so dass, solange eine mechanische Verbindung zwischen dem ersten Foliensubstrat 102 und der Zwischenfolie 120 und dem zweiten Foliensubstrat 110 und der Zwischenfolie 120 stehen bleibt, auch eine sichere Verbindung zwischen den daran angeordneten Kontaktbereichen 104 und 112 über das elektrisch leitfähige Material 124 beibehalten wird.
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Wie nun beispielsweise in 1a–b dargestellt ist, ist mit dem auf dem zweiten Foliensubstrat 110 angeordneten Kontaktbereich 112 ein elektrisch funktionales Bauelement 114 verbunden, wobei das elektrische funktionale Bauelement 114 eine Schaltungsstruktur aufweisen kann, die beispielsweise als Leiterbahn, aktives elektrisches oder elektronisches Bauelement, passives elektrisches oder elektronisches Bauelement, ein integrierter Schaltungschip, Sensorelement, Anzeigeelement und/oder Energieversorgungselement sowie eine Batterie, ausgebildet sein kann. Insbesondere kann das elektrisch funktionale Element 114 als eine leistungsfähige Elektronikkomponente aus einem (gedünnten) Si-Chip, als Display-Element, wie z. B. Elektrolumineszenz, OLED, E-Ink-Elemente, als Sensoren oder Aktoren, wie z. B. Schalter und Taster, ausgebildet und integriert sein.
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Das elektrisch funktionale Mehrschichtfoliensystem, wie dies gemäß den oben dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ermöglicht somit, dass eine zuverlässige Verbindung zwischen elektrisch funktionalen Elementen 106 auf einem ersten Foliensubstrat 102 mit elektrisch funktionalen Elementen 114 auf einem zweiten Foliensubstrat 110 hergestellt werden, so dass komplexe elektronische Funktionalitäten mit dem Mehrschichtfoliensystem realisiert werden können.
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Im Folgenden werden nun Bezugnehmend auf die 2a–d Ausführungsbeispiele hinsichtlich eines Verfahrens zum Herstellen eines elektrisch funktionalen Mehrschichtfoliensystems 100 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.
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Zunächst wird ein erstes Foliensubstrat 102 mit einem ersten Kontaktbereich 104 bzw. mehreren Kontaktbereichen 104 bereitgestellt, wobei ferner ein elektrisches Funktionselement 106 auf dem ersten Foliensubstrat 102 angeordnet ist und mit dem zumindest einen Kontaktbereich 104 verbunden ist. Auf dieses erste Foliensubstrat 102 wird daraufhin eine mit Durchgangsöffnungen 122 vorstrukturierte Zwischenfolie 120 aufgebracht und an diesen mechanisch befestigt, wie dies beispielsweise in 2b dargestellt ist.
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Daraufhin wird selektiv ein leitfähiges Material 124 in zumindest einer Durchgangsöffnung 122 der Zwischenfolie 120 und an dem zumindest einen ersten Kontaktbereich 104 des ersten Foliensubstrats 102 angebracht, wie dies in 2c dargestellt ist.
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Daraufhin wird ein zweites Foliensubstrat 110 mit zumindest einem zweiten Kontaktbereich 112 und einem damit verbundenen zweiten elektrischen Funktionselement 114 bereitgestellt und an der vorstrukturierten Zwischenfolie gegenüberliegend zu dem ersten Foliensubstrat 102 derart angeordnet, dass der zweite Kontaktbereich 112 an der zumindest einen, mit dem leitfähigen Material 124 versehene Durchgangsöffnung 122 ausgerichtet und angeordnet ist. Dabei wird eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Kontaktbereich 104 an dem ersten Foliensubstrat 102 und dem zweiten Kontaktbereich 112 an dem zweiten Foliensubstrat 110 hergestellt, so dass beispielsweise das elektrisch funktionale Element 106 an dem ersten Foliensubstrat 102 elektrisch mit dem zweiten elektrisch funktionalen Element 114 an dem zweiten Foliensubstrat 110 elektrisch verbunden bzw. gekoppelt ist.
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Das resultierende elektrisch funktionale Mehrschichtfoliensystem 100 ist in 2d dargestellt.
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Bei dem Herstellungsverfahren wird bei dem Schritt des selektiven Aufbringens des leitfähigen Materials 124 ferner eine Abdeckungsfolie 130 (vgl. 2c) auf der Zwischenfolie 120 aufgebracht, wobei zumindest der mit einem leitfähigen Material 124 zu versehende Bereich (bzw. Bereiche) von Durchgangsöffnungen von der zusätzlichen Abdeckungsfolie 130 freigelassen sind. Damit kann eine äußerst exakte, selektive Aufbringung und Anordnung des elektrisch leitfähigen Materials 124 auf der Zwischenfolie 120 erreicht werden.
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Die zusätzliche Abdeckungsfolie 130, die bei dem Herstellungsschritt des selektiven Aufbringens des elektrisch leitfähigen Materials verwendet wird, wird beispielsweise wieder entfernt, bevor die mechanische und elektrische Verbindung der Zwischenfolie 120 mit dem zweiten Foliensubstrat 110 hergestellt wird.
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Falls die zusätzliche Abdeckungsfolie 130 keinen störenden Einfluss auf die Verbindung der Zwischenfolie 120 mit dem zweiten Foliensubstrat 110 hat, ist die Abdeckungsfolie 130 (in Form des Isolationsbereichs 116, vgl. 2c–d) zumindest teilweise an der Zwischenfolie 120 befestigt und somit in dem resultierenden Mehrschichtfoliensystem 100 vorhanden.
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Der Schritt des selektiven Aufbringens des elektrisch leitfähigen Materials kann beispielsweise mittels Abscheidung (galvanische Abscheidung) oder Aufdrucken (Siebdruck, Aufdrucken elektrisch funktionaler Tinte usw.) durchgeführt werden. Darüber hinaus kann das mechanische Befestigen des ersten und des zweiten Foliensubstrats 102, 110 an der Zwischenfolie 120 mittels Klebeverbinden oder Laminieren der einzelnen Folien aneinander durchgeführt werden. So kann beispielsweise die Zwischenfolie 120 beidseitig zwischen den strukturierten Zwischenräumen mit einem Haftmittel bzw. Klebstoff beschichtet sein, um eine zuverlässige, flächige Klebeverbindung mit den einander gegenüberliegend angeordneten ersten und zweiten Foliensubstraten 102, 110 an der Zwischenfolie 120 zu ermöglichen. Es ist natürlich auch denkbar, dass gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung die Klebeschicht auf zumindest eine der beiden Foliensubstrate aufgebracht wird, um die Klebeverbindung zwischen dem jeweiligen Foliensubstrat und der Zwischenschicht 120 zu erreichen.
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Ferner kann zum Erreichen einer mechanisch festen Verbindung zwischen den Foliensubstraten 102, 110 mit der dazwischenliegenden Zwischenfolie 120 zusätzlich Druck und/oder Wärme ausgeübt wird.
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Ferner kann die elektrische Verbindung zuverlässig zwischen dem Erstkontaktbereich 104 an dem ersten Foliensubstrat 102 und dem zweiten Kontaktbereich 112 an dem zweiten Foliensubstrat 110 hergestellt werden, indem beispielsweise selektiv Druck und/oder Wärme zumindest an den elektrisch zu verbindenden Kontaktbereichen 104, 112 ausgeübt wird, wobei das leitfähige Material beispielsweise einen plastisch oder elastisch verformbaren, leitfähigen Klebstoff oder eine plastisch oder elastisch verformbare, leitfähige Füllmasse aufweist.
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Wie in 2b dargestellt ist, weist die Zwischenfolie 120 beispielsweise die strukturierten Durchgangsöffnungen 122 in einem gleichmäßigen Raster (Matrix) von Löchern auf. Die Durchgangsöffnungen 122 können beispielsweise aber auch nur in der Zwischenfolie 120 selektiv an den Positionen vorgesehen sein, an denen letztendlich ein elektrisch leitfähiges Material 124 angebracht wird, um eine elektrische Verbindung zwischen den Kontaktbereichen 104, 112 auf dem ersten und dem zweiten Foliensubstrat 102, 110 herzustellen.
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Ferner ist in 2d das Foliensubstrat mit kreisrunden Durchführungsöffnungen dargestellt, wobei aber gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung im Wesentlichen jegliche prozesstechnisch sinnvoll herstellbare Formen und Anordnungen der Durchgangsöffnungen 122 in der Zwischenfolie 120 verwendet werden können. Es ist lediglich zu beachten, dass die Zwischenfolie 120 eine zuverlässige mechanische (Klebe-)Verbindung zwischen den beiden Substratfolien 102, 110 ermöglicht.
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Das anhand der 2a–d dargestellte Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zum Herstellen eines Mehrschichtfoliensystems wird im Nachfolgenden zur Verdeutlichung nochmals kurz zusammenfassend dargestellt.
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So wird die mechanische Verbindung zwischen zwei funktionalen Foliensubstraten, d. h. den Foliensubstraten 102 und 110, mittels einer Klebefolie in Form der der Zwischenfolie 120 hergestellt. Die Klebefolie 120 soll somit die mechanische Verbindung zwischen den Foliensubstraten 102 und 110 gewährleisten, indem die „löchrige” Zwischenschicht bzw. Zwischenfolie 120 auf das erste Foliensubstrat 112 aufgeklebt bzw. auflaminiert wird. Um elektrische Verbindungen zwischen den Foliensubstraten 102 und 110 zu erlauben, ist diese als Klebefolie ausgebildete Zwischenfolie 120 vorab mit Durchgangsöffnungen bzw. Löchern 122 versehen. Um nun zusätzlich eine elektrische Verbindung zwischen zumindest einem ersten Kontaktbereich 104 auf dem ersten Foliensubstrat 102 und dem zweiten Kontaktbereich 112 auf dem zweiten Foliensubstrat 110 herzustellen, wird daraufhin Orts-selektiv ein elektrisch leitfähiges Material auf die Zwischenfolie (Klebefolie) 120 aufgebracht. Dazu kann eine Abdeckungsfolie 130 auf der Klebefolie 120 verbleiben, um das Orts-selektive Aufbringen des leitfähigen Materials zu vereinfachen.
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Das zu verbindende weitere Folienstück, d. h. das zweite Foliensubstrat 110, wird (möglichst) justiert an der dem ersten Foliensubstrat 102 angeordneten Zwischenfolie 120 aufgebracht und mittels der „löchrigen” Klebefolie 120 mechanisch fixiert und mittels des selektiv aufgebrachten elektrisch leitfähigen Materials 124 elektrisch kontaktiert.
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Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wird beispielsweise die elektrische Verbindung nur dort zustande kommen, wo diese durch das selektive Aufbringen des elektrisch leitfähigen Materials 124 auch tatsächlich gewünscht ist. An allen anderen Stellen und Positionen der Foliensubstrate 102, 110 dient somit mindestens ein Abstand von der Dicke der Klebefolie 120 in Luft als Isolationsschicht.
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Im Folgenden werden nun anhand der 3a–c weitere Ausführungsbeispiele für ein Verfahren zum Herstellen eines elektrisch funktionalen Mehrschichtfoliensystem gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.
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So wird zunächst, wie in 3a dargestellt, ein erstes Foliensubstrat 102 mit einem ersten Kontaktbereich 104 und einem damit verbundenen, ersten elektrischen Funktionselement 106 bereitgestellt. Daraufhin wird eine mit Durchgangsöffnungen 122 versehene, vorstrukturierte Zwischenfolie 120-1 bereitgestellt, wobei in zumindest einem Teilbereich der Zwischenfolie in den dortigen Durchgangsöffnungen 122 der vorstrukturierten Zwischenfolie 120-1 ein elektrisch leitfähiges Material angeordnet ist. An einer ersten Seite der Zwischenfolie 120-1 wird nun das erste Foliensubstrat 120 aufgebracht und mechanisch befestigt. Schließlich wird ein zweites Foliensubstrat 110 mit einem zweiten Kontaktbereich 112 und einem mit dem zweiten Kontaktbereich 112 verbundenen, zweiten elektrischen Funktionselement 114 bereitgestellt. Dieses zweite Foliensubstrat 110 wird nun an der gegenüberliegenden Seite der Zwischenfolie 120-1 gegenüberliegend zu dem ersten Foliensubstrat 102 an der Zwischenfolie 120-1 angebracht und beispielsweise mittels Klebeverbindung oder Laminieren mechanisch befestigt.
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Dabei werden das erste Foliensubstrat 102 und das zweite Foliensubstrat 110 derart ausgerichtet bzw. justiert an der Zwischenfolie 120-1 angebracht, dass der erste und der zweite Kontaktbereich einander gegenüberliegend und zumindest teilweise überlappend zueinander ausgerichtet sind, wobei mittels des leitfähigen Materials 124 zwischen dem ersten und dem zweiten Kontaktbereich 104, 112 eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Kontaktbereich 104, 112 an dem ersten bzw. dem zweiten Foliensubstrat 102, 110 hergestellt wird.
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Beispielsweise können bei dem anhand der 3a–c dargestellten Herstellungsverfahren bei dem Schritt des Aufbringens und Befestigen des ersten Foliensubstrats 102 an der Zwischenfolie 120-1 eine Isolationsschicht an dem ersten Foliensubstrat 102 oder an der dem ersten Foliensubstrat 102 zugewandeten Seite der Zwischenfolie 120-1 an den Positionen angeordnet sein, an denen die auf dem ersten Foliensubstrat 102 angeordneten elektrischen Funktionselemente 106 elektrisch von dem an der Zwischenfolie 120-1 angebrachten leitfähigen Materials 124 zu isolieren sind.
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Zusätzlich wird gemäß Ausführungsbeispielen des Herstellungsverfahrens an der der Zwischenfolie zugewandeten Seite des zweiten Foliensubstrats 110 oder an der dem zweiten Foliensubstrat 110 zugewandten Seite der Zwischenfolie 120-1 eine zusätzliche Isolationsfolie (nicht gezeigt in den 3a–c) angeordnet sein, um die auf dem zweiten Foliensubstrat angeordneten elektrischen Funktionselemente 114 von dem leitfähigen Material der Zwischenfolie 120-1 elektrisch zu isolieren.
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Falls die zusätzliche Abdeckungsfolie keinen störenden Einfluss auf die Verbindung der Zwischenfolie 120 mit dem zweiten Foliensubstrat 110 hat, ist die Abdeckungsfolie (in Form des Isolationsbereichs 116, 130, vgl. 2c–d) zumindest teilweise an der Zwischenfolie 120 befestigt und somit in dem resultierenden Mehrschichtfoliensystem 100 vorhanden.
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Bezüglich der zueinander ausgerichteten Anordnung des ersten und zweiten Foliensubstrats 102, 110 gegenüberliegend zu der Zwischenfolie 120-1 können gemäß Ausführungsbeispielen die in der vorstrukturierten Zwischenfolie 120-1 angeordneten Durchgangsöffnungen 122 in einem symmetrischen Raster (bzw. Matrix) ausgebildet sein, wobei die Kontaktbereiche 104, 112 auf dem ersten bzw. zweiten Foliensubstrat 102, 110 zumindest teilweise zueinander überlappend und gegenüberliegend ausgerichtet sind. Dabei können die als Raster ausgebildeten Durchgangsöffnungen 122 jeweils eine gleiche (oder auch optional zueinander unterschiedliche) Öffnungsfläche aufweisen, die jeweils kleiner als die Kontaktfläche der jeweiligen Kontaktbereiche 106, 112 ist.
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Bei Ausführungsbeispielen des Herstellungsverfahrens für ein elektrisch funktionales Mehrschichtfoliensystem kann ferner die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Kontaktbereich 104 an dem ersten Foliensubstrat 102 und dem zweiten Kontaktbereich 112 an dem zweiten Foliensubstrat 110 hergestellt werden, indem beispielsweise selektiv Druck oder Wärme zumindest an den elektrisch zu verbindenden bzw. verbundenen Kontaktbereichen 104, 112 ausgeübt wird. Dabei kann das elektrisch leitfähige Material an der Zwischenfolie beispielsweise als leitfähiger Klebstoff oder eine leitfähige Füllmasse ausgebildet sein, die elastisch oder plastisch verformbar sind, um eine zuverlässige elektrische Verbindung zwischen den zu verbindenden Kontaktbereichen 104 und 110 herzustellen.
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Damit kann beispielsweise das in 3c resultierende, elektrisch funktionale Mehrschichtfoliensystem 100 erhalten werden.
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Zusammengefasst kann das anhand der 3a–d dargestellte Ausführungsbeispiel zum Herstellen eines elektrisch funktionalen Mehrschichtfoliensystems folgendermaßen dargestellt werden.
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So wird die mechanische Verbindung zwischen den zwei funktionalen Foliensubstraten 102, 110 mittels einer dazwischenliegenden Klebefolie bzw. Zwischenfolie 120-1 hergestellt. Um ferner elektrische Verbindungen zwischen Kontaktbereichen auf dem ersten und dem zweiten Foliensubstrat zueinander zu ermöglichen, ist diese Klebefolie 120-1 mit Durchführungsöffnungen versehen, wobei zumindest eine Mehrzahl von Durchführungsöffnungen, oder zumindest in einem Teilbereich der Zwischenfolie 120-1 alle Durchführungsöffnungen oder an der gesamten Zwischenfolie 120-1 alle Durchführungsöffnungen mit einem elektrisch leitfähigem Material vorgefüllt sind, wobei diese Durchkontaktierungen beispielsweise mittels einer galvanischen Abscheidung in den Durchführungsöffnungen der Zwischenfolie 120-1 erhalten werden.
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Die mit dem elektrisch leitfähigen Material 124 gefüllten Löcher bzw. Durchführungsöffnungen 122 haben dabei beispielsweise eine vorgegebene Form, einen festgelegten Mittenabstand und eine vorgegebene Anordnung bzw. Ausrichtung, die beispielsweise den zu verbindenden Kontaktbereichen 104, 112 auf dem ersten und zweiten Foliensubstrat 102, 110 entsprechen. Wird diese Ausrichtung der Durchkontaktierungen 122, d. h. die mit dem elektrisch leitfähigen Material gefüllten Durchführungsöffnungen 122, bei dem Entwurf der zu verbindenden Foliensubstrate 102, 110 berücksichtigt, kann beispielsweise ein Kontaktbereich 104 bzw. 112 an dem ersten oder zweiten Foliensubstrat (Kontaktpad) beispielsweise nur der Größe einer mit einem leitfähigen Material gefüllten Durchgangsöffnung 122 entsprechen, um eine sichere Verbindung zwischen den zwei zu verbindenden Kontaktbereichen 104 und 112 zu erhalten.
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Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen für das Herstellungsverfahren eines elektrisch funktionalen Mehrschichtfoliensystems 100 kann alternativ das in der Zwischenfolie vorgesehene Lochraster, d. h. die Anordnung, Ausrichtung und Größe, der in der Zwischenfolie 120-1 angeordneten Durchführungsöffnungen 122 auch kleiner gewählt werden als die Größe der Kontaktbereiche (Kontaktpads) 104, 112. Damit lassen sich die Anforderungen an eine äußerst präzise Ausrichtung zwischen den beiden gegenüberliegenden Foliensubstraten 102, 110 bzw. der darauf angeordneten Kontaktbereiche 104, 112 zueinander mit der dazwischenliegenden Zwischenfolie 120-1 mit den darin angeordneten und mit einem elektrisch leitfähigem Material gefüllten Durchführungsöffnungen 122 verringern.
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Gemäß Ausführungsbeispielen des dargestellten Herstellungsverfahrens ist nun ferner entweder auf einer oder beiden mit der Zwischenfolie 120-1 zu verbindenden Foliensubstraten 102, 110 eine Isolationsschicht 116, 130 vorgesehen, um unbeabsichtigte Kurzschlüsse zwischen den beiden Foliensubstraten 102, 110 über die „ansonsten nicht genutzten” mit einem elektrisch leitfähigen Material gefüllten Durchführungsöffnungen 122 zu vermeiden. Solche zusätzlichen Isolationsschichten (nicht gezeigt in den 3a–c) können beispielsweise an den Positionen angeordnet sein, an denen keine Kontaktbereiche vorhanden sind oder keine elektrische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Foliensubstrat 102, 110 vorzusehen ist.
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Die im Vorhergehenden anhand der 2a–d und 3a–c erläuterten Ausführungsbeispiele der Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT) für Folien ermöglichen die mechanische und elektrische Verbindung von funktionalen Folienelementen. Ausführungsbeispiele können eine hohe Flexibilität, Großflächigkeit, eine einfache Prozessierbarkeit und eine einfache Integrierbarkeit von Elektronikkomponenten ermöglichen, wie im Folgenden erläutert wird.
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Flexibilität: Foliensubstrate, mit Dicken zwischen 5 μm und 250 μm, vorzugsweise von 5 μm bis 500 μm bzw. 10 μm bis 100 μm, und aus ihnen bestehende Foliensysteme sind mechanisch flexibel und können auf unebene Oberflächen appliziert werden. Auf diese Weise können beispielsweise Roboterarme mit sensorischen Fähigkeiten ausgestattet werden.
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Weitere Ausführungsbeispiele zeichnen sich dadurch aus, dass die Foliensubstrate, die Zwischenfolie und die elektrisch funktionalen Elemente der Substratfolien mechanisch flexibel sind, in anderen Worten biegbar sind. Damit sind nicht nur die Folien selbst biegsam, und ein ungewolltes Brechen starrer elektrischer Funktionselementen kann vermieden werden. Dies erleichtert die Montage und die Freiheiten bzgl. der Positionierung solcher Foliensysteme auf unebenen oder gemischt ebenen und unebenen Oberflächen.
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Großflächigkeit: Foliensubstrate zusammen mit der Folienprozessierung erlauben eine kostengünstige Herstellung elektronischer Systeme mit großen Abmessungen, z. B. größer als 10 cm2, vorzugsweise größer als 25 cm2, und besonders vorzugsweise größer als 1 m2, welche in Silizium oder Leiterplatten-Technologie nicht oder nur schwer zu realisieren sind. Anwendungsbeispiele für derartig großflächige Foliensysteme sind Mensch-Maschine-Schnittstellen, flächige Sensorfelder, Beleuchtungselemente, die Funktionalisierung von großen Flächen, wie Fenstern, Türen, etc.
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Prozessierbarkeit: Verschiedene Funktionseinheiten eines Systems können unterschiedliche Prozessbedingungen erfordern. Mit hoher Wahrscheinlichkeit kommen nicht alle Folienelemente mit den Prozessbedingungen anderer Folienelemente zurecht. Daher ist eine Prozessierung als Einzelelemente auf entsprechenden Trägerfolien und deren nachträgliche Verbindung vorteilhaft. Des Weiteren können verschiedene Funktionseinheiten eines Systems unterschiedliche Prozessmaterialien und Prozessabfolgen erfordern, die oftmals nicht untereinander kompatibel sind. Die nachträgliche Verbindung von Funktionseinheiten, die in unterschiedlichen Technologien hergestellt werden können, durch eine Folien-AVT minimiert deutlich den prozesstechnischen Aufwand bzw. macht bestimmte Kombinationen von Funktionseinheiten erst möglich.
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So sind beispielsweise die Prozessbedingungen bei der Herstellung von biologischen Sensoren, bio-chemischen Sensoren und physikalischen Sensoren nicht nur unterschiedlich, sondern können sogar schädlich für die Strukturen aus den anderen Verfahren sein. Entsprechendes gilt beispielsweise auch für die Prozessbedingungen bei der Herstellung von Halbleiter-Strukturen oder Leiterbahnstrukturen, die nicht kompatibel zu den Herstellungsprozessen von biologischen Sensoren oder bio-chemischen Sensoren sind.
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Ferner können Prozesskosten dadurch reduziert werden, dass nur die Funktionsfolien und nur die gegebenenfalls teilweise oder fertig prozessierten elektrisch funktionalen Elemente auf diesen Funktionsfolien aufwendigen Prozessen unterzogen werden, bei denen dies notwendig ist, z. B. die Behandlung von Substratmaterialien in den Vakuumkammern, um bestimmte Sensorfunktionalitäten zu erzeugen. Zum anderen können für bestimmte Funktionselemente, z. B. aktive Halbleiterschaltungsstrukturen, feinere und/oder aufwendigere Prozesse für die Herstellung der Halbleiterschaltstrukturen notwendig sein, als zum Beispiel für die Herstellung von Funktionsstrukturen, die lediglich Leiterbahnen für die elektrische Verbindung verschiedener aufwendigerer Funktionselemente bilden.
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Integrierbarkeit: In Ausführungsbeispiele der Foliensysteme können leistungsfähige Elektronikkomponenten als Silizium-Chips, Anzeigen (Displays), Sensoren oder Aktoren integriert werden. Dabei sind die Elektronikkomponenten vorzugsweise so dünn ausgebildet, dass sie ähnlich wie die Foliensubstrate flexibel bzw. biegsam sind. Dies kann man beispielsweise bei Silizium-Chips durch entsprechendes Abdünnen erreichen. Als Anzeigen können beispielsweise Elektroluminiszenz-Anzeigen, organische Leuchtdioden, auch als OLED (organic light emitting diode) bezeichnet, elektronische Tinte, auch als „E-Ink”, bezeichnet, verwendet werden. Aktoren können beispielsweise Schalter oder Taster sein. Als Schaltungselemente können beispielsweise Halbleitertransistoren, aber auch Polymertransistoren verwendet werden. Als weitere Funktionselemente können beispielsweise flexible Solarzellen, z. B. aus amorphem Silizium, eingesetzt werden, Batterien, beispielsweise Polymerbatterien, um die anderen elektrischen Funktionselemente mit Energie zu versorgen, allgemeine Sensoren, beispielsweise Strahlungssensoren, die eine Strahlungsintensität messen, Feuchtigkeitssensoren, Temperatursensoren oder auch andere Sensoren sowie Auswerteelektroniken, beispielsweise auch Mikrocontroller sowie allgemein flexible Zuleitungen bzw. Verbinder.
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Als Substratmaterialien bzw. Folienmaterialien können beispielsweise Polymere, Polyester, Polyethylen, Polyethylenterephthalat (PET), Polyimid, Polyethylennaphthalat (PEN), Polycarbonat, Polymethylmethacrylat eingesetzt werden. Damit die Substrate bzw. Folienmaterialien flexibel sind, weisen sie beispielsweise einen Dickenbereich von 100 nm bis 250 μm oder eine Dicke von 1 μm bis 50 μm auf.
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Die auf den Foliensubstraten angeordneten Leiterstrukturen, z. B. strukturierte Metallschichten, weisen Dicken von weniger als 20 μm, vorzugsweise geringer als 10 μm auf, damit sie biegsam sind.
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Entsprechendes gilt auch für die Isolationsschichten, die die auf den Foliensubstraten angeordneten Leiterbahnen oder anderen Funktionselemente elektrisch isolieren. Diese Isolationsschichten, z. B. aus Polymer, weisen Dicken von bis zu 30 μm, vorzugsweise bis zu 20 μm und besonders vorzugsweise von bis zu 10 μm auf.
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In Ausführungsbeispielen können Siliziumstrukturen als elektrisch funktionale Elemente verwendet werden. Dabei kann das Silizium-Substrat gleichzeitig die Funktionsfolie selbst bilden. Derartige Silizium-Strukturen weisen Dicken im Bereich von 2 bis 40 μm, vorzugsweise kleiner als 25 μm und besonders vorzugsweise kleiner als 15 μm auf, damit sie biegsam sind und somit einfacher in das flexible Foliensystem integriert werden können.
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Weitere Ausführungsbeispiele der Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT) für Folien ermöglichen die mechanische und elektrische Verbindung von funktionalen Folienelementen, bei denen die elektrische Kontaktierung von der mechanischen Befestigungsfunktion entkoppelt wird und so aus diesen so ein entkoppeltes funktionales Foliensystem entsteht.
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Die im Vorhergehenden dargestellten Ausführungsbeispiele für ein Verfahren zum Herstellen eines elektrisch funktionalen Mehrschichtfoliensystems anhand der 2a–d und 3a–c ist und insbesondere dahingehend vorteilhaft, dass sog. Rolle-zu-Rolle-Prozessabläufe verwendet werden können. Dabei kann beispielsweise das erste Foliensubstrat 102, das zweite Foliensubstrat 110 und/oder die Zwischenfolie 120 von einer Rolle zu dem Assemblierungsvorgang zugeführt werden, wobei dadurch aufeinander folgend eine Vielzahl von zusammenhängenden Mehrschichtfolien hergestellt werden, die jeweils nach deren Assemblierung wieder auf einer Folie aufgerollt werden können, da die Flexibilität des resultierenden, elektrisch funktionalen Mehrschichtfoliensystem weiter beibehalten wird.
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Somit können bei der Herstellung der Substrat- und/oder Funktionsfolien zunächst großflächige Folien mit einer Vielzahl von elektrisch funktionalen Strukturen hergestellt werden, die so auf der Folie angeordnet sind und auch schon so elektrisch miteinander verbunden sein können, dass sie flexibel als Einzelmodule bestehend aus nur einem elektrisch funktionalen Element oder als Module bestehend aus mehreren derartiger elektrisch funktionaler Elemente vereinzelt werden können. Beispiele hierfür sind Solarmodule, die je nach Stromversorgungsbedarf oder verfügbarer Fläche aus einer verschiedenen Anzahl von Solar-Submodulen hergestellt werden können. Derartige großflächige Folien mit einer Vielzahl derartiger elektrisch funktionaler Elemente können effizient beispielsweise in einem kontinuierlichen Rolle-zu-Rolle-Prozess hergestellt werden.
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Somit können bei geeigneter Strukturierung, wie z. B. sich immer wiederholenden jedoch zusammenhängender Strukturen, diese auch beliebig konfektioniert werden, wobei dies beispielsweise bei Applikationen wie Solarzellen, Antennenstrukturen zur Integration der Antenne einerseits und zusätzlich auf das Antennensubstrat integrierter Funktionsfolien anwendbar ist.
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Natürlich ist es aber auch möglich, die Vielzahl von zusammenhängenden Mehrschichtfoliensysteme nach deren Assemblierung sofort zu einzelnen Mehrschichtfoliensystemen 100 zu vereinzeln.
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In Ausführungsbeispielen können zusätzlich zu den Substratfolien und Funktionsfolien dünne Siliziumsubstratstrukturen in die elektrisch funktionalen Systeme integriert werden, um weitere elektrische Funktionen bereitstellen zu können. Derartige Siliziumsubstrat-Strukturen weisen Dicken im Bereich von 2 bis 40 μm, beispielsweise kleiner als 25 μm oder kleiner als 15 μm auf, damit sie biegsam sind und somit einfacher in das flexible Foliensystem integriert werden können.
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Elektrisch funktionale Elemente können auf der ersten Oberfläche, der zweiten Oberfläche, auf beiden Oberflächen der Substratfolien und/oder Funktionsfolien angeordnet sein, und/oder in diese ganz oder teilweise integriert sein.
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Erfindungsgemäß kann somit ein elektrisch funktionales Mehrschichtfoliensystem bereitgestellt werden, wobei die Vielzahl von Funktionselementen oder Funktionsbeschichtungen auf einer der zu verbindenden Foliensubstrate erzeugt werden können, und wobei die elektronischen Funktionen mittels Funktionsbeschichtungen vorzugsweise schichttechnisch hergestellt werden können.
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Beispiele hierfür sind elektronische Schaltkreise auf der Basis organischer Halbleiter, organische Solarzellen, Displays (Anzeigegeräte) oder auch Sensoren usw. Diese Systeme sind dadurch gekennzeichnet, dass der Foliencharakter in Bezug auf mechanische Flexibilität und Dicke weitgehend erhalten bleibt und somit solche Mehrschichtfoliensysteme im Wesentlichen an beliebigen, mit einer Topologie versehenen Oberflächen mit einem relativ geringem Fixierungsaufwand angebracht werden können. Sind nun beispielsweise optische oder sensorische (lichtempfindliche) Funktionsbeschichtungen in dem Mehrschichtfoliensystem angeordnet, können die verwendeten Foliensubstrate weitgehend transparent ausgebildet werden. Sind dagegen die in dem Mehrschichtfoliensystem integrierten elektronischen Komponenten beispielsweise vor Umgebungseinstrahlungen oder anderen äußeren Einflüssen zu schützen, können die verwendeten Foliensubstrate lichtundurchlässig bzw. strahlungsundurchlässig ausgeführt werden.
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Insbesondere lassen sich die erfindungsgemäß ausgebildeten bzw. hergestellten Mehrschichtfoliensysteme äußerst vorteilhaft in „aggressiven” Arbeitsumgebungen anordnen, da das erfindungsgemäße Mehrschichtfoliensystem äußerst flexibel in solche Umgebungen eingebracht bzw. in beliebig geformten Gehäusen untergebracht werden kann.