[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein flexibles und/oder elastisches Bauteil umfassend
ein zumindest teilweise flexibles und/oder elastisches Substrat mit einer Vorderseite
und einer Rückseite sowie mindestens eine auf der Vorderseite und/oder der Rückseite
des Substrats bereichsweise angeordnete elektrisch leitfähige Elastomer-Matrix-Schicht.
Hierbei enthält die mindestens eine Elastomer-Matrix-Schicht mindestens einen elektrisch
leitfähigen partikulären Füllstoff. Zudem ist auf der mindestens einen Elastomer-Matrix-Schicht
zumindest bereichsweise mindestens eine elektrisch leitfähige Metallschicht angeordnet.
Im Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung
des flexiblen und/oder elastischen Bauteils sowie dessen Verwendung.
[0002] Konventionelle Polymere sind in der Regel nicht elektrisch leitfähig. Abhilfe schafft
die Beimengung leitfähiger Füllstoffe (extrinsische Leitfähigkeit) oder die Verwendung
intrinsisch leitfähiger Polymere. Letztere sind jedoch in ihrer Auswahl stark begrenzt
und zumeist kostspielig, während leitfähige Füllstoffe grundsätzlich jedem Polymer
beigemengt werden können.
[0003] In der
EP 2 775 483 B1 ist ein elektrisch leitendes Material beschrieben, welches leitfähige Partikel und
ein elastomeres Bindemittel enthält. Im Hinblick auf Elastomere hat der Zuschlag von
Füllstoffen den Vorteil, dass Kerneigenschaften wie Flexibilität und Dehnbarkeit weitgehend
erhalten bleiben. Nachteilig ist jedoch die Erhöhung der Viskosität und die Versprödung
mit zunehmendem Füllstoffanteil, was Verarbeitbarkeit und Anwendung einschränkt. Daher
sind auch bei Verwendung hochleitfähiger silberbeschichteter Kupferpartikel der spezifischen
Leitfähigkeit gefüllter Elastomere Grenzen bei etwa 10
4 S/m gesetzt.
[0004] Dies ist ausreichend für geringe Ströme wie sie bei (spannungsbasierender) Signalübertragungen
oder dem Einsatz als kapazitive Sensoren vorliegen. Für die Stromversorgung energieintensiver
Elektronik (Mikroprozessoren, Drahtlosmodule), den Einsatz als Heizelement oder zur
drahtlosen Energieübertragung sind jedoch sehr hohe Leitbahnquerschnitte nötig, die
je nach Anwendungsfall auf Grund beschränkter lateraler Ausdehnung oder Dicke nicht
realisierbar sind.
[0005] Weithin nachteilig für den Einsatz leitfähiger Elastomere ist die aufwendige mechanische
und elektrische Anbindung metallischer Komponenten. Hierfür kommen bislang nur Klebe-
oder Quetschverbindungen in Frage, die in ihrer mechanischen Festigkeit bzw. Miniaturisierbarkeit
begrenzt sind. Die in der Elektroindustrie verbreiteten hochgradig automatisierten
und parallelisierten Lötverfahren können hingegen bisher nicht angewendet werden.
[0006] Zur Erhöhung der Leitfähigkeit und Verbesserung der Lötbarkeit wurde im Stand der
Technik physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) verwendet, um nicht leitfähige Polymere
mit leitfähigem Material zu beschichten. Dies dient u.a. als Grundlage für eine anschließende
Galvanisierung. Die mangelhafte Festigkeit der über PVD abgeschiedenen Schicht wird
nur indirekt über mechanische Verzahnung der aufgalvanisierten Schicht mit einem porösen
Substrat ausgeglichen.
[0007] Alternativ existieren seit längerem chemische Verfahren, um elektrisch nicht leitfähige
Polymere zu metallisieren. Hierfür ist jedoch ein aufwendiger, mehrstufiger Prozess
teils unter Verwendung umwelt- und gesundheitsschädlicher Chemikalien notwendig.
[0008] Keines der Verfahren verwendet als Substrat ein bereits leitfähiges, gefülltes Polymer.
Die durch Gasphasenabscheidung aufgebrachte Schicht unterliegt zudem einem hohen apparativen
Aufwand und haftet unzureichend auf dem Substrat. Eine Verbesserung der Haftung ist
nur mit zusätzlichem Strukturierungsaufwand des Substrates erreichbar. Die chemische
Metallisierung ist ebenfalls mit hohem Prozessaufwand verbunden und ist nur bei bestimmten
Polymermatrizen anwendbar.
[0009] Ausgehend hiervon war es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein flexibles und/oder
elastisches Bauteil mit einer Elastomer-Matrix-Schicht anzugeben, die eine hohe elektrische
Leitfähigkeit aufweist.
[0010] Diese Aufgabe wird bezüglich eines flexiblen und/oder elastischen Bauteils mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1 und bezüglich eines Verfahrens zur Herstellung eines
solchen flexiblen und/oder elastischen Bauteils mit den Merkmalen des Patentanspruchs
15 gelöst. Patentanspruch 22 gibt Verwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen flexiblen
und/oder elastischen Bauteils an. Die jeweilig abhängigen Patentansprüche stellen
dabei vorteilhafte Weiterbildungen dar.
[0011] Erfindungsgemäß wird somit ein flexibles und/oder elastisches Bauteil angegeben,
welches ein zumindest teilweise flexibles und/oder elastisches Substrat mit einer
Vorderseite und einer Rückseite sowie mindestens eine auf der Vorderseite und/oder
der Rückseite des Substrats bereichsweise angeordnete elektrisch leitfähige Elastomer-Matrix-Schicht
umfasst. Die mindestens eine Elastomer-Matrix-Schicht enthält dabei mindestens einen
elektrisch leitfähigen partikulären Füllstoff. Zudem ist auf der mindestens einen
Elastomer-Matrix-Schicht zumindest bereichsweise mindestens eine elektrisch leitfähige
Metallschicht angeordnet.
[0012] Das erfindungsgemäße Bauteil umfasst eine Elastomer-Matrix-Schicht, die sowohl einen
elektrisch leitfähigen partikulären Füllstoff als auch elektrische leitfähige Metallschicht
aufweist. Hierdurch ist die elektrische Leitfähigkeit der Elastomer-Matrix-Schicht
deutlich erhöht. Beispielsweise kann so eine elektrische Leitfähigkeit von etwa 10
7 S/m und somit bei gleichem Elektrodenquerschnitt eine um bis zu drei Größenordnungen
größere Leitfähigkeit als bei einer nur Partikel-gefüllten und nicht beschichteten
Elastomer-Matrix erreicht werden. Aufgrund dessen eignet sich das erfindungsgemäße
Bauteil auch für solche Anwendungen, die eine sehr hohe Leitfähigkeit erfordern, wie
z.B. für die Stromversorgung energieintensiver Elektronik (Mikroprozessoren, Drahtlosmodule),
den Einsatz als Heizelement oder zur drahtlosen Energieübertragung. Die bereichsweise
auf dem Substrat angeordnete Elastomer-Matrix-Schicht kann hierbei z.B. als flexible
und/oder elastische Leiterbahnstruktur eingesetzt werden.
[0013] Die auf der Elastomer-Matrix-Schicht angeordnete elektrisch leitfähige Metallschicht
vereinfacht zudem die Anbindung konventioneller oberflächenmontierter Bauelemente,
wie z.B. SMD-Bauelemente, da diese auf der Metallschicht auf einfache Weise durch
Lötverfahren befestigt werden können.
[0014] Dadurch, dass die Elastomer-Matrix-Schicht einen elektrisch leitfähigen partikulären
Füllstoff enthält, wäre sie bereits ohne die zusätzliche Metallschicht in gewissem
Maße elektrisch leitfähig. Aufgrund dessen kann die elektrisch leitfähige Metallschicht
auf sehr einfache Weise über eine elektrochemische Abscheidung, z.B. eine galvanische
Abscheidung, auf der Elastomer-Matrix-Schicht aufgebracht werden. Die Herstellung
der mit der elektrisch leitfähigen Metallschicht versehenen Elastomer-Matrix-Schicht
ist somit auf einfache Weise möglich.
[0015] Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Bauteils ist zudem seine Flexibiliät
und/oder Elastizität, welche durch die Verwendung eines flexiblen und/oder elastischen
Substrats sowie einer Elastomer-Schicht als Matrix-Schicht erreicht wird. Durch die
Flexibiliät und/oder Elastizität des Bauteils ist dieses auch für spezielle Anwendungen,
wie z.B. zur Anwendung als flexibler und/oder elastischer Sensor bzw. Aktor, geeignet.
Somit kann mit dem erfindungsgemäßen Bauteil eine kapazitive oder resistive Elastomersensorik
sowie Elastomeraktorik realisiert werden, die direkt mit der dafür notwendigen Ansteuerungs-,
Auswerte- und Übertragungselektronik kombiniert ist. Das erfindungsgemäße Bauteil
kann jedoch auch als Träger für Halbleitersensoren wie beispielsweise Temperatur-,
Licht-, Feuchtigkeits-, Beschleunigungs- und Lagesensoren mit flexiblen und/oder dehnbaren
Leiterbahnen, die durch Elastomer-Matrix-Schicht realisiert sind, eingesetzt werden,
die dann auf textilen oder allgemein beweglichen Oberflächen (z.B. menschliche Haut,
Robotergelenke) angebracht werden.
[0016] Erfindungsgemäß ist die elektrisch leitfähige Elastomer-Matrix-Schicht lediglich
bereichsweise eine auf der Vorderseite und/oder der Rückseite des Substrats angeordnet.
Dies bedeutet, dass die Vorderseite und/oder Rückseite des Substrats mindestens einen
Teilbereich mit einer darauf angeordneten elektrisch leitfähigen Elastomer-Matrix-Schicht
und mindestens einen Teilbereich ohne darauf angeordnete elektrisch leitfähige Elastomer-Matrix-Schicht
aufweist. Durch die lediglich bereichsweise Anordnung ist das erfindungsgemäße Bauteil
für spezielle elektrische Anwendungen, z.B. für die Anwendung als flexibler und/oder
elastischer Sensor bzw. Aktor, geeignet. Hierbei kann die elektrisch leitfähige Elastomer-Matrix-Schicht
beispielsweise als flexible und/oder elastische Leiterbahn dienen. Die bereichsweise
Anordnung kann dabei auch aus einer vollflächigen Anordnung durch nachfolgende subtraktive
Bearbeitung (z.B. selektives Abtragen mit einem Licht- oder Materialstrahl) hervorgehen.
[0017] Die mindestens eine elektrisch leitfähige Elastomer-Matrix-Schicht kann auf der Vorderseite
des Substrats, auf der Rückseite des Substrats oder auf der Vorderseite und auf der
Rückseite des Substrats angeordnet sein. Beispielsweise kann das flexible und/oder
elastische Bauteil mindestens zwei elektrisch leitfähige Elastomer-Matrix-Schichten
umfassen, wobei mindesten eine dieser Schichten auf der Vorderseite des Substrats
angeordnet ist und mindestens eine weitere dieser Schichten auf der Rückseite des
Substrats angeordnet ist.
[0018] Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen flexiblen und/oder elastischen
Bauteils zeichnet sich dadurch aus, dass
- die Oberfläche der mindestens einen Elastomer-Matrix-Schicht mindestens einen metallisierten
Teilbereich, in dem die mindestens eine elektrisch leitfähige Metallschicht auf der
Elastomer-Matrix-Schicht angeordnet ist, und mindestens einen nicht-metallisierten
Teilbereich aufweist, und/oder
- die mindestens eine elektrisch leitfähige Metallschicht eine gewellte Struktur aufweist,
wenn sich die mindestens eine Elastomer-Matrix-Schicht in einem nicht-gedehnten Zustand
befindet, und/oder
- die mindestens eine Elastomer-Matrix-Schicht mit der mindestens einen leitfähigen
Metallschicht zweidimensional strukturiert ist, vorzugsweise mäanderförmig strukturiert
ist.
[0019] Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die elektrisch leitfähige Metallschicht
die Flexibilität und/oder Elastizität des Bauteils nicht zu stark beeinflusst. Das
flexible und/oder elastische Bauteil gemäß dieser Ausführungsform weist somit eine
noch höhere Flexibilität und/oder Elastizität auf.
[0020] Hierbei ist es einerseits möglich, dass die elektrisch leitfähige Metallschicht lediglich
bereichsweise auf der Oberfläche der mindestens einen Elastomer-Matrix-Schicht angeordnet
ist, d.h. die Oberfläche der Elastomer-Matrix-Schicht weist mindestens einen metallisierten
Teilbereich, in dem die mindestens eine elektrisch leitfähige Metallschicht auf der
Elastomer-Matrix-Schicht angeordnet ist, und mindestens einen nicht-metallisierten
Teilbereich auf. Vorzugsweise weist die Oberfläche der Elastomer-Matrix-Schicht mehrere
metallisierte Teilbereiche, in denen die mindestens eine elektrisch leitfähige Metallschicht
auf der Elastomer-Matrix-Schicht angeordnet ist, und mehrere nicht-metallisierte Teilbereiche
auf. Durch diese lediglich lokale Metallisierung, wird erreicht, dass die in der Regel
biegbare aber nicht dehnbare Metallschicht nicht auf der gesamten Elastomer-Matrix-Schicht
angeordnet ist, sondern zusätzlich dehnbare nicht-metallisierte Bereich vorhanden
sind. Durch das Vorhandensein dieser dehnbaren nicht-metallisierten Bereiche wird
die Flexibilität bzw. Elastizität des erfindungsgemäßen Bauteils erhöht. Um die Flexibilität
bzw. Elastizität noch weiter zu erhöhen, kann beispielsweise eine mäanderförmige Strukturierung
der Elastomer-Matrix-Schicht und/oder der metallisierten Bereiche erfolgen.
[0021] Alternativ oder zusätzlich kann die Flexibilität und insbesondere die Elastizität
des erfindungsgemäßen Bauteils auch dadurch erhöht werden, dass die Metallisierung,
d.h. das Aufbringen der elektrisch leitfähigen Metallschicht auf der Elastomer-Matrix-Schicht
in einem gedehnten Zustand der Elastomer-Matrix-Schicht erfolgt, d.h. dann, wenn sich
die Elastomer-Matrix-Schicht in einem gedehnten Zustand befindet. In diesem Fall weist
die Metallschicht nämlich dann, wenn sich die Elastomer-Matrix-Schicht wieder in einem
nicht-gedehnten Zustand befindet, eine (zwei- oder dreidimensionale) gewellte Struktur
auf, da sich aufgetragene nicht-gewellte Metallschicht nach dem Entspannen der Elastomer-Matrix-Schicht
aufwellt. Durch diese gewellte Struktur wird erreicht, dass die Metallschicht die
Dehnbarkeit der Elastomer-Matrix-Schicht nicht beschränkt, da sich die Wellen bei
einer erneuten Dehnung glätten können und so ein deutlich flexibleres Verhalten der
beschichteten Elastomer-Matrix-Schicht ermöglichen.
[0022] Zudem kann die Flexibiliät und/oder die Elastizität des erfindungsgemäßen Bauteils
auch dadurch erhöht werden, dass die elektrisch leitfähige Metallschicht in Form einer
zweidimensionalen, vorzugsweise mäanderförmigen, Strukturierung auf der Elastomer-Matrix-Schicht
aufgebracht wird. Die Erhöhung der Flexibilität und/oder Elastizität resultiert hierbei
letztlich daraus, dass die Dehnung des Bauteils bzw. der Elastomer-Matrix-Schicht
in eine Biegung der Metallschicht umgeformt wird.
[0023] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen flexiblen und/oder
Bauteils enthält das Substrat ein Material oder besteht aus diesem, welches ausgewählt
ist aus der Gruppe bestehend aus
- Elastomeren, vorzugsweise Silicon, Fluorsilicon, Polyurethan, Polynorbornen, Naturkautschuk,
Styrol-Butadien, Isobutylen-Isopren, Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer, Poly-Chlorbutadien,
chlorsulfoniertes Polyethylen, Acrylnitril-Butadien, hydriertes Acrylnitril-Butadien,
Fluorkautschuk, Flüssigkristallelastomere, thermoplastische Elastomere, besonders
bevorzugt thermoplastische Styrol-Copolymere, wie z.B. Styrol-Butadien-Styrol-, Styrol-Ethylen-Butadien-Styrol-,
Styrol-Ethylen-Propylen-Styrol-, Styrol-Ethylen-Ethylen-Propylen-Styrol- oder Styrol-Isopren-Styrol-Copolymere,
teilvernetzte Blends auf Polyolefin-Basis, besonders bevorzugt Blends aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuken
und Polypropylen, Blends aus Nitril-Butadien-Kautschuk und Polypropylen und Blends
aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk und Polyethylen, thermoplastischen Urethan-Copolymeren,
besonders bevorzugt Copolymere mit aromatischem Hartsegment und Ester-Weichsegment,
Copolymere mit aromatischem Hartsegment und Ether-Weichsegment und Copolymere mit
aromatischem Hartsegment und Ester/Ether-Weichsegment,
- Thermoplasten, vorzugsweise Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polystyrol,
Acrylnitril-Butadien-Styrol, Polyamide, Polylactat, Polymethylmethacrylat, Polyetheretherketon,
Polyvinylchlorid, Polycarbonat, Cellulosehydrat/-acetat, Polylacted, Polyethylenterephthalat,
Polytetrafluorethylen, Polyester, thermoplastische Polyurethane, thermoplastische
Polyimide, thermoplastische Flüssigkristallelastomere,
- Duroplasten, vorzugsweise Kunstharze, wie z.B. Phenolharz, Harnstoffharz, Melaminharz,
Epoxidharz, Polyesterharz, duroplastische Polyurethane, duroplastische Polyimide,
duroplastische Flüssigkristallelastomere, sowie
- Mischungen, Blends und Aufschäumungen hiervon
[0024] Vorzugsweise ist das Substrat elektrisch nicht-leitfähig.
[0025] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Elastomer der Elastomer-Matrix-Schicht
ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Silicon, Fluorsilicon, Polyurethan, Polynorbornen,
Naturkautschuk, Styrol-Butadien, Isobutylen-Isopren, Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer,
Poly-Chlorbutadien, chlorsulfoniertem Polyethylen, Acrylnitril-Butadien, hydriertem
Acrylnitril-Butadien, Fluorkautschuk, Flüssigkristallelastomere, thermoplastischen
Elastomeren, vorzugsweise thermoplastischen Styrol-Copolymeren, wie z.B. Styrol-Butadien-Styrol-,
Styrol-Ethylen-Butadien-Styrol-, Styrol-Ethylen-Propylen-Styrol-, Styrol-Ethylen-Ethylen-Propylen-Styrol-
oder Styrol-Isopren-Styrol- Copolymeren, teilvernetzten Blends auf Polyolefin-Basis,
vorzugsweise Blends aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuken und Polypropylen, Blends
aus Nitril-Butadien-Kautschuk und Polypropylen und Blends aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk
und Polyethylen, thermoplastischen Urethan-Copolymeren, vorzugsweise Copolymeren mit
aromatischem Hartsegment und Ester-Weichsegment, Copolymeren mit aromatischem Hartsegment
und Ether-Weichsegment und Copolymeren mit aromatischem Hartsegment und Ester/Ether-Weichsegment,
sowie Mischungen hiervon.
[0026] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Elastomer der Elastomer-Matrix-Schicht
ein nicht-thermoplastisches Elastomer, ganz besonders bevorzugt ein Silikon. Nicht-thermoplastische
Elastomere, insbesondere Silikone, haben den Vorteil, dass sie zumindest kurzzeitig
auch bei hohen Temperaturen von über 200 °C noch thermisch stabil sind und sich bei
solch hohen Temperaturen nicht zersetzen oder zerfließen. Somit können auf das erfindungsgemäße
Bauteil problemlos elektrische Bauelemente mittels Lötverfahren, bei welchen hohe
Temperaturen von über 200 °C erreicht werden, aufgebracht werden. Zudem kann das so
hergestellte Bauteil prinzipiell auch beim Temperaturen von bis zu 200 °C betrieben
werden.
[0027] Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauteils ist dadurch
gekennzeichnet, dass der elektrisch leitfähige partikuläre Füllstoff aus Partikeln
besteht, die
- eine zumindest teilweise anisotrope Gestalt besitzen, wobei die Partikel vorzugsweise
plättchenförmig, stäbchenförmig oder faserförmig sind, und/oder
- eine unregelmäßige Oberfläche besitzen, die vorzugsweise dadurch hervorgerufen ist,
dass die Partikel durch Agglomeration von Nanopartikeln entstanden sind.
[0028] Durch die Verwendung solch spezieller Partikel kann eine sehr gute Anhaftung der
elektrisch leitfähigen Metallschicht an die Elastomer-Matrix-Schicht erreicht.
[0029] Eine weitere bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der mindestens
eine partikuläre Füllstoff
- mindestens einen metallischen partikulären Füllstoff umfasst, dessen Anteil in der
mindestens einen Elastomer-Matrix-Schicht mindestens 20 Gew.-%, bevorzugt mindestens
60 Gew.-%, beträgt, und/oder
- mindestens einen nicht-metallischen oder nur teilweise metallischen partikulären Füllstoff
umfasst, dessen Anteil in der mindestens einen Elastomer-Matrix-Schicht mindestens
1 Gew.-%, bevorzugt mindestens 3 Gew.-%, beträgt.
[0030] Weiterhin ist es bevorzugt, dass der Anteil des mindestens einen elektrisch leitfähigen
partikulären Füllstoffs in der mindestens einen Elastomer-Matrix-Schicht mindestens
10 Vol.-%, bevorzugt mindestens 20 Vol.-%, beträgt.
[0031] Durch Verwendung eines höheren Anteils an leitfähigem partikulärem Füllstoff kann
erreicht werden, dass die Elastomer-Matrix-Schicht eine höhere elektrische Leitfähigkeit
aufweist.
[0032] Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen flexiblen und/oder
elastischen Bauteils ist dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitfähige partikuläre
Füllstoff Partikel enthält oder hieraus besteht, die ausgewählt sind aus der Gruppe
bestehend aus
- Partikeln, die mindestens ein Metall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aluminium,
Eisen, Zink, Zinn, Kupfer, Silber, Gold, Platin und Mischungen hiervon enthalten oder
daraus bestehen,
- Kompositpartikeln, welche einen Kern, bevorzugt einen Kern aus Glas oder einem Metall,
sowie eine auf dem Kern angeordnete elektrisch leitfähige Beschichtung, bevorzugt
eine Beschichtung aus Silber, aufweisen,
- Partikeln, die aus einem elektrisch leitfähigen, nicht-metallischen Material bestehen,
welches bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Ruß, Graphit, Graphen,
Kohlenstoff-Nanoröhren, Polyanilin, Polyacetylen, Polypyrrol, Polyparaphenylen, Polythiophen
und Mischungen hiervon, und
- Mischungen solcher Partikel.
[0033] Weiterhin ist es bevorzugt, dass die mindestens eine Elastomer-Matrix-Schicht zusätzlich
Partikel aus einem elektrisch nicht-leitfähigen, nicht-metallischen Material, bevorzugt
Kieselsäuren, enthält.
[0034] Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen flexiblen und/oder
elastischen Bauteils zeichnet sich dadurch aus, dass die mindestens eine elektrisch
leitfähige Metallschicht
- ein Metall enthält oder aus diesem besteht, welches ausgewählt ist aus der Gruppe
bestehend aus Aluminium, Kupfer, Silber, Gold, Platin, Zink, Zinn und Mischungen hiervon,
und/oder
- eine Schichtdicke von 100 nm bis 100 µm, bevorzugt von 5 µm bis 50 µm, aufweist, und/oder
- eine abgeschiedene Schicht, vorzugsweise eine physikalisch abgeschiedene, chemisch
abgeschiedene oder elektrochemisch abgeschiedene Schicht, besonders bevorzugt eine
galvanisch abgeschiedene Schicht, ist.
[0035] Durch eine Mindest-Schichtdicke der Metallschicht von 100 nm, bevorzugt von 5 µm,
kann eine höhere Leitfähigkeit der Metallschicht erreicht werden. Durch eine maximale
Schichtdicke der Metallschicht von 100 µm, bevorzugt 50 µm, kann eine höhere Flexibilität
bzw. Elastizität des erfindungsgemäßen Bauteils erreicht werden. Durch Verwendung
einer Schichtdicke im Bereich von 100 nm bis 100 µm, bevorzugt von 5 µm bis 50 µm,
kann somit sowohl eine höhere Leitfähigkeit der Metallschicht als auch eine höhere
Flexibilität und/oder Elastizität des erfindungsgemäßen flexiblen Bauteils erreicht
werden.
[0036] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen flexiblen und/oder
elastischen Bauteils ist die mindestens eine Elastomer-Matrix-Schicht zumindest teilweise
in Form von Leiterbahnen auf dem Substrat angeordnet ist. Hierdurch ergeben sich besonders
viele Anwendungsmöglichkeiten des Bauteils als elektrisches Bauteil.
[0037] Bei der elektrisch leitfähigen Elastomer-Matrix-Schicht kann es sich um eine Elastomerelektrode
handeln.
[0038] Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass das flexible
und/oder elastische Bauteil ein oder mehrere elektrische Bauelemente, vorzugsweise
ein SMD-Bauelemente, umfasst, welche über ein Lot mit der mindestens einen elektrisch
leitfähigen Metallschicht in Verbindung stehen. Bei dem Lot handelt es sich vorzugsweise
um eine Zinnlegierung, besonders bevorzugt um eine Zinn-Bismut-Legierung. Zudem ist
es bevorzugt, dass die Lötstelle, d.h. die Stelle, an der das elektrische Bauelement
über das Lot mit der Metallschicht in Verbindung steht, durch mindestens eine Deckschicht
und/oder mindestens eine Kapselung mechanisch versteift ist. Beispielsweise können
die Lötstellen und/oder das elektrisch Bauteil mit einem Elastomer, vorzugsweise einem
Elastomer hoher Steifigkeit, eingekapselt werden. Alternativ oder zusätzlich kann
der Gesamtaufbau, d.h. die gesamte Vorderseite des Substrats, dann beispielsweise
noch einmal mit dem Substratmaterial beschichtet werden.
[0039] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen flexiblen und/oder
elastischen Bauteils weist das flexible und/oder elastische Bauteil mehrere flexible
und/oder elastische Substrate und mehrere elektrisch leitfähige Elastomer-Matrix-Schichten
auf, wobei die Substrate und die Elastomer-Matrix-Schichten abwechselnd angeordnet
sind. Es ergibt sich somit eine Schichtstruktur aus abwechselnd angeordneten Substraten
und Elastomer-Matrix-Schichten, wobei auf der äußersten Elastomer-Matrix-Schicht bzw.
den äußersten Elastomer-Matrix-Schichten eine elektrisch leitfähige Metallschicht
angeordnet ist. Eine solche Anordnung ist beispielsweise besonders für die Verwendung
als Sensor, z.B. Drucksensor, geeignet. Zudem ist es bevorzugt, dass mindestens eines
der mehreren Substrate mindestens eine Unterbrechung aufweist, durch welche die an
dieses Substrat angrenzenden elektrisch leitfähigen Elastomer-Matrix-Schichten verbunden
sind. Dies erlaubt eine Verbindung der leitfähigen Schichten über eine oder mehrere
Ebenen hinweg. Weiterhin können die Substratschichten zur Realisierung von Sensorfunktionen
auch Gasvolumen beispielsweise durch Aufschäumen oder Hohlstrukturen beinhalten.
[0040] Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße flexible und/oder elastische Bauteil
- eine Antennenstruktur und/oder eine Spulenstruktur, und/oder
- eine Sensorstruktur und/oder eine Aktorstruktur.
[0041] Die vorliegende Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen
flexiblen und/oder elastischen Bauteils, bei welchem
- a) ein flexibles und/oder elastisches Substrat mit einer Vorderseite und einer Rückseite
bereitgestellt wird,
- b) die Vorderseite und/oder die Rückseite des Substrats mit mindestens einer bereichsweise
angeordneten elektrisch leitfähigen Elastomer-Matrix-Schicht versehen wird, die mindestens
einen elektrisch leitfähigen partikulären Füllstoff enthält, und
- c) die mindestens eine Elastomer-Matrix-Schicht zumindest bereichsweise mit einer
elektrisch leitfähigen Metallschicht versehen wird.
[0042] Eine bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus,
dass das Versehen der Vorderseite und/oder der Rückseite des Substrats mit der mindestens
einen bereichsweise angeordneten elektrisch leitfähigen Elastomer-Matrix-Schicht in
Schritt b) dadurch erfolgt, dass
- die Vorderseite und/oder die Rückseite des Substrats bereichsweise mit der mindestens
einen elektrisch leitfähigen Elastomer-Matrix-Schicht versehen wird, oder
- die Vorderseite und/oder die Rückseite des Substrats zunächst vollflächig mit der
mindestens einen elektrisch leitfähigen Elastomer-Matrix-Schicht versehen wird und
anschließend mindestens ein Teilbereich der mindestens einen elektrisch leitfähigen
Elastomer-Matrix-Schicht entfernt wird, wobei das Entfernen vorzugsweise mittels Laserbehandlung
erfolgt.
[0043] Die Herstellung der Elastomer-Matrix-Schicht auf dem Substrat in Schritt b) kann
also auf zwei verschiedene bevorzugte Weisen erfolgen. Entweder die Elastomer-Matrix-Schicht
wird direkt lediglich bereichsweise auf das Substrat aufgetragen, sodass eine lediglich
bereichsweise angeordnete Elastomer-Matrix-Schicht resultiert. Oder die Elastomer-Matrix-Schicht
wird zunächst vollflächig auf das Substrat aufgetragen, wobei im Anschluss ein Teil
der Elastomer-Matrix-Schicht durch eine subtraktive Bearbeitung (z.B. durch selektives
Abtragen mit einem Licht- oder Materialstrahl, vorzugsweise durch Laserbehandlung)
entfernt wird. Natürlich ist es alternativ auch möglich, zunächst die Elastomer-Matrix-Schicht
bereichsweise aufzutragen und anschließend einen Teil der Elastomer-Matrix-Schicht
zu entfernen.
[0044] Eine bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet,
dass in Schritt c)
- die elektrisch leitfähige Elastomer-Matrix-Schicht bereichsweise mit der mindestens
einen elektrisch leitfähigen Metallschicht versehen wird, oder
- die elektrisch leitfähige Elastomer-Matrix-Schicht zunächst vollflächig mit der mindestens
einen elektrisch leitfähigen Metallschicht versehen wird und anschließend mindestens
ein Teilbereich der mindestens einen elektrisch leitfähigen Metallschicht entfernt
wird, wobei das Entfernen vorzugsweise mittels Laserbehandlung erfolgt.
[0045] Prinzipiell kann die elektrische leitfähige Metallschicht so auf der Elastomer-Matrix-Schicht
hergestellt werden, dass eine lediglich bereichsweise auf der Elastomer-Matrix-Schicht
angeordnete Metallschicht oder eine vollflächig au der Elastomer-Matrix-Schicht angeordnete
Metallschicht erhalten wird. Für die Herstellung einer lediglich bereichsweise angeordneten
Metallschicht gibt es zwei bevorzugte Möglichkeiten. Entweder die Metallschicht wird
direkt lediglich bereichsweise auf die Elastomer-Matrix-Schicht aufgetragen, sodass
eine lediglich bereichsweise angeordnete Metallschicht resultiert. Oder die Metallschicht
wird zunächst vollflächig auf die Elastomer-Matrix-Schicht aufgetragen, wobei im Anschluss
ein Teil der Metallschicht durch eine subtraktive Bearbeitung (z.B. durch selektives
Abtragen mit einem Licht- oder Materialstrahl, vorzugsweise durch Laserbehandlung)
entfernt wird. Natürlich ist es alternativ auch möglich, zunächst die Metallschicht
bereichsweise aufzutragen und anschließend einen Teil der Metallschicht zu entfernen.
[0046] Eine weitere bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch
aus, dass das Versehen der Elastomer-Matrix-Schicht mit der elektrisch leitfähigen
Metallschicht in Schritt c) dadurch erfolgt, dass die elektrisch leitfähige Metallschicht
auf der Elastomer-Matrix-Schicht abgeschieden wird. Vorzugsweise erfolgt die Abscheidung
dabei mittels
- physikalischer Abscheidung, besonders bevorzugt PVD-Abscheidung, oder
- chemischer Abscheidung, besonders bevorzugt CVD-Abscheidung oder nasschemischer Abscheidung,
oder
- elektrochemischer Abscheidung, besonders bevorzugt Galvanisierung oder Elektroplattierung,
ganz besonders bevorzugt unter Verwendung eines Tauchbades oder eines Tampon-Verfahrens.
[0047] Auf diese Weise ist ein besonders einfaches und kostengünstiges Aufbringen der Metallschicht
möglich. Ganz besonders bevorzugt ist hierbei die elektrochemische Abscheidung, insbesondere
die Abscheidung durch Galvanisierung, z.B. unter Verwendung eines Tauchbades oder
eines Tampon-Verfahrens, da hier die Abscheidung auf eine ganz besonders einfache
und kostengünstige Weise realisiert werden kann.
[0048] In einer weiteren bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das
Versehen der Elastomer-Matrix-Schicht mit der elektrisch leitfähigen Metallschicht
in Schritt c) dadurch, dass die elektrisch leitfähige Metallschicht elektrochemisch
unter Verwendung eines Elektrolyten abgeschieden wird, wobei die Abscheidung an einer
Phasengrenze zwischen dem Elektrolyten und der noch unvernetzten oder nur teilvernetzten
Elastomer-Matrix-Schicht erfolgt. Hierbei erfolgt die elektrochemische Abscheidung
an der entweder unvernetzten oder nur teilvernetzten, d.h. der noch nicht vollständig
vernetzten, Elastomer-Matrix-Schicht. Durch die Abscheidung an der Phasengrenze kann
sich die Metallschicht partiell in die noch nicht vollständig vernetzte Elastomer-Matrix-Schicht
einfalten. Durch anschließendes Aushärten kann dann die vollständige Vernetzung der
Elastomer-Matrix-Schicht mit der darin partiell eingefalteten Metallschicht erreicht
werden. Auf diese Weise resultiert eine deutlich bessere Anbindung der Metallschicht
an die Elastomer-Matrix-Schicht.
[0049] Eine weitere bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet,
dass in Schritt c) die mindestens eine Elastomer-Matrix-Schicht zumindest bereichsweise
mit einer elektrisch leitfähigen Metallschicht versehen wird, während sich die mindestens
eine Elastomer-Matrix-Schicht in einem gedehnten Zustand befindet. Auf diese Weise
weist die Metallschicht dann, wenn sich die Elastomer-Matrix-Schicht wieder in einem
nicht-gedehnten Zustand befindet, eine (dreidimensionale) gewellte Struktur auf, da
sich die aufgetragene nicht-gewellte Metallschicht nach dem Entspannen der Elastomer-Matrix-Schicht
aufwellt. Durch diese gewellte Struktur wird erreicht, dass die Metallschicht die
Dehnbarkeit der Elastomer-Matrix-Schicht nicht beschränkt, da sich die Wellen bei
einer erneuten Dehnung glätten können. In der Folge wird so ein deutlich flexibleres
Verhalten der beschichteten Elastomer-Matrix-Schicht ermöglicht. Damit wird durch
diese Verfahrensvariante die Flexibilität des hergestellten Bauteils deutlich erhöht.
[0050] Weiterhin ist es bevorzugt, dass zwischen Schritt b) und c) die mindestens eine elektrisch
leitfähige Elastomer-Matrix-Schicht mit mindestens einem weiteren flexiblen und/oder
elastischen Substrat und mindestens einer weiteren elektrisch leitfähigen Elastomer-Matrix-Schicht
versehen wird, so dass die Substrate und die Elastomer-Matrix-Schichten abwechselnd
angeordnet sind.
[0051] Im Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung auch die Verwendung des erfindungsgemäßen
flexiblen und/oder elastischen Bauteils als Heizelement, als Spule, als Antenne, als
Leiterplatte, als Sensor, vorzugsweise Temperatursensor, Lichtsensor, Feuchtigkeitssensor,
Beschleunigungssensor, Lagesensor, Drucksensor, Näherungssensor, Dehnungssensor, Scherkraftsensor,
als magnetischer bzw. magnetorheologischer oder dielektrischer Aktor, als dielektrischer
Generator, als dielektrischer oder resistiver Sensor, oder als integriertes Bauteil,
welches mehrere der genannten Funktionen erfüllt.
[0052] Anhand der nachfolgenden Beispiele und Figuren soll die vorliegende Erfindung näher
erläutert werden, ohne diese auf die hier gezeigten spezifischen Ausführungsformen
und Parameter zu beschränken.
[0053] In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften speziellen Ausführungsform
des erfindungsgemäßen flexiblen und elastischen Bauteils in Form einer elastischen
Platine in einer Schnittansicht gezeigt. Das Bauteil umfasst ein flexibles und elastisches
Substrat 1 mit einer Vorderseite und einer Rückseite sowie eine auf der Vorderseite
des Substrats bereichsweise angeordnete elektrisch leitfähige Elastomer-Matrix-Schicht
2, bei welcher es sich um eine Elastomerelektrode handelt. Das Substrat 1 ist ein
elektrisch nichtleitfähiges Elastomer-Substrat. Die Elastomer-Matrix-Schicht 2 enthält
einen elektrisch leitfähigen partikulären Füllstoff. Auf der Elastomer-Matrix-Schicht
2 ist bereichsweise eine elektrisch leitfähige Metallschicht 3 angeordnet, bei welcher
es sich um eine galvanisch abgeschiedene Metallschicht handelt. Ferner umfasst das
Bauteil ein elektrisches Bauelement 6 mit Lötpads 5, bei welchem es sich um ein SMD-Bauelement
handelt. Das Bauelement 6 steht über ein Lot 4 mit der elektrisch leitfähigen Metallschicht
3 in Verbindung.
[0054] In Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften speziellen
Ausführungsform des erfindungsgemäßen flexiblen und elastischen Bauteils gezeigt,
welches auf der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform aufbaut. Zusätzlich zum in Fig.
1 gezeigten Bauteil ist im Bauteil in Fig. 2 die Lötstelle noch durch eine Deckschicht
8 sowie durch eine Kapselung 7 mechanisch versteift. Beispielsweise können Lötstellen
und/oder SMD-Bauteil mit einem Elastomer hoher Steifigkeit eingekapselt werden. Zusätzlich
kann der Gesamtaufbau noch einmal mit dem Substratmaterial beschichtet werden.
[0055] In Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften speziellen
Ausführungsform des erfindungsgemäßen flexiblen und elastischen Bauteils gezeigt.
Das Bauteil umfasst ein flexibles und/oder elastisches Substrat 1 mit einer Vorderseite
und einer Rückseite sowie eine auf der Vorderseite des Substrats bereichsweise angeordnete
elektrisch leitfähige Elastomer-Matrix-Schicht 2, welche in Form von Leiterbahnen
auf dem Substrat 1 angeordnet ist. Die Elastomer-Matrix-Schicht 2 enthält einen elektrisch
leitfähigen partikulären Füllstoff. Auf der Elastomer-Matrix-Schicht 2 ist bereichsweise
eine elektrisch leitfähige Metallschicht 3 angeordnet, auf welcher elektrische Bauelemente
6 angebracht sind, bei welchen es sich um SMD-Bauelemente handelt. Die SMD-Bauteile
6 selbst sind in Fig. 3 der Übersicht halber nicht mit eingezeichnet. Die Metallschicht
3 dient dabei als Lötpads für die elektrischen Bauteile 6. Zudem umfasst das Bauteil
eine lediglich schematisch dargestellte Antennen- bzw. Spulenstruktur 9 sowie eine
Sensor- bzw. Aktorstruktur 10.
1. Flexibles und/oder elastisches Bauteil umfassend ein zumindest teilweise flexibles
und/oder elastisches Substrat (1) mit einer Vorderseite und einer Rückseite sowie
mindestens eine auf der Vorderseite und/oder der Rückseite des Substrats (1) bereichsweise
angeordnete elektrisch leitfähige Elastomer-Matrix-Schicht (2), wobei die mindestens
eine Elastomer-Matrix-Schicht (2) mindestens einen elektrisch leitfähigen partikulären
Füllstoff enthält, und wobei auf der mindestens einen Elastomer-Matrix-Schicht (2)
zumindest bereichsweise mindestens eine elektrisch leitfähige Metallschicht (3) angeordnet
ist.
2. Bauteil nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Oberfläche der mindestens einen Elastomer-Matrix-Schicht (2) mindestens einen
metallisierten Teilbereich, in dem die mindestens eine elektrisch leitfähige Metallschicht
(3) auf der Elastomer-Matrix-Schicht (2) angeordnet ist, und mindestens einen nicht-metallisierten
Teilbereich aufweist, und/oder
- die mindestens eine elektrisch leitfähige Metallschicht (3) eine gewellte Struktur
aufweist, wenn sich die mindestens eine Elastomer-Matrix-Schicht (2) in einem nicht-gedehnten
Zustand befindet, und/oder
- die mindestens eine Elastomer-Matrix-Schicht (2) mit der mindestens einen leitfähigen
Metallschicht (3) zweidimensional strukturiert ist, vorzugsweise mäanderförmig strukturiert
ist.
3. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) ein Material enthält oder aus diesem besteht, welches ausgewählt
ist aus der Gruppe bestehend aus
- Elastomeren, vorzugsweise Silicon, Fluorsilicon, Polyurethan, Polynorbornen, Naturkautschuk,
Styrol-Butadien, Isobutylen-Isopren, Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer, Poly-Chlorbutadien,
chlorsulfoniertes Polyethylen, Acrylnitril-Butadien, hydriertes Acrylnitril-Butadien,
Fluorkautschuk, Flüssigkristallelastomere, thermoplastische Elastomere, besonders
bevorzugt thermoplastische Styrol-Copolymere, wie z.B. Styrol-Butadien-Styrol-, Styrol-Ethylen-Butadien-Styrol-,
Styrol-Ethylen-Propylen-Styrol-, Styrol-Ethylen-Ethylen-Propylen-Styrol- oder Styrol-Isopren-Styrol-
Copolymere, teilvernetzte Blends auf Polyolefin-Basis, besonders bevorzugt Blends
aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuken und Polypropylen, Blends aus Nitril-Butadien-Kautschuk
und Polypropylen und Blends aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk und Polyethylen, thermoplastischen
Urethan-Copolymeren, besonders bevorzugt Copolymere mit aromatischem Hartsegment und
Ester-Weichsegment, Copolymere mit aromatischem Hartsegment und Ether-Weichsegment
und Copolymere mit aromatischem Hartsegment und Ester/Ether-Weichsegment,
- Thermoplasten, vorzugsweise Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polystyrol,
Acrylnitril-Butadien-Styrol, Polyamide, Polylactat, Polymethylmethacrylat, Polyetheretherketon,
Polyvinylchlorid, Polycarbonat, Cellulosehydrat/-acetat, Polylacted, Polyethylenterephthalat,
Polytetrafluorethylen, Polyester, thermoplastische Polyurethane, thermoplastische
Polyimide, thermoplastische Flüssigkristallelastomere
- Duroplasten, vorzugsweise Kunstharze, wie z.B. Phenolharz, Harnstoffharz, Melaminharz,
Epoxidharz, Polyesterharz, duroplastische Polyurethane, duroplastische Polyimide,
duroplastische Flüssigkristallelastomere sowie
- Mischungen, Blends und Aufschäumungen hiervon.
4. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomer ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Silicon, Fluorsilicon,
Polyurethan, Polynorbornen, Naturkautschuk, Styrol-Butadien, Isobutylen-Isopren, Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer,
Poly-Chlorbutadien, chlorsulfoniertem Polyethylen, Acrylnitril-Butadien, hydriertem
Acrylnitril-Butadien, Fluorkautschuk, Flüssigkristallelastomeren, thermoplastischen
Elastomeren, vorzugsweise thermoplastischen Styrol-Copolymeren, wie z.B. Styrol-Butadien-Styrol-,
Styrol-Ethylen-Butadien-Styrol-, Styrol-Ethylen-Propylen-Styrol-, Styrol-Ethylen-Ethylen-Propylen-Styrol-
oder Styrol-Isopren-Styrol- Copolymeren, teilvernetzten Blends auf Polyolefin-Basis,
vorzugsweise Blends aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuken und Polypropylen, Blends
aus Nitril-Butadien-Kautschuk und Polypropylen und Blends aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk
und Polyethylen, thermoplastischen Urethan-Copolymeren, vorzugsweise Copolymeren mit
aromatischem Hartsegment und Ester-Weichsegment, Copolymeren mit aromatischem Hartsegment
und Ether-Weichsegment und Copolymeren mit aromatischem Hartsegment und Ester/Ether-Weichsegment,
sowie Mischungen hiervon.
5. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomer ein nicht-thermoplastisches Elastomer, vorzugsweise ein Silikon, ist.
6. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitfähige partikuläre Füllstoff aus Partikeln besteht, die
- eine zumindest teilweise anisotrope Gestalt besitzen, wobei die Partikel vorzugsweise
plättchenförmig, stäbchenförmig oderfaserförmig sind, und/oder
- eine unregelmäßige Oberfläche besitzen, die vorzugsweise dadurch hervorgerufen ist,
dass die Partikel durch Agglomeration von Nanopartikeln entstanden sind.
7. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine partikuläre Füllstoff
- mindestens einen metallischen partikulären Füllstoff umfasst, dessen Anteil in der
mindestens einen Elastomer-Matrix-Schicht (2) mindestens 20 Gew.-%, bevorzugt mindestens
60 Gew.-%, beträgt, und/oder
- mindestens einen nicht-metallischen oder nur teilweise metallischen partikulären
Füllstoff umfasst, dessen Anteil in der mindestens einen Elastomer-Matrix-Schicht
(2) mindestens 1 Gew.-%, bevorzugt mindestens 3 Gew.-%, beträgt.
8. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des mindestens einen elektrisch leitfähigen partikulären Füllstoffs in
der mindestens einen Elastomer-Matrix-Schicht (2) mindestens 10 Vol.-%, bevorzugt
mindestens 20 Vol.-%, beträgt.
9. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitfähige partikuläre Füllstoff Partikel enthält oder hieraus besteht,
die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus
- Partikeln, die mindestens ein Metall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aluminium,
Eisen, Zink, Zinn, Kupfer, Silber, Gold, Platin und Mischungen hiervon enthalten oder
daraus bestehen,
- Kompositpartikeln, welche einen Kern, bevorzugt einen Kern aus Glas oder einem Metall,
sowie eine auf dem Kern angeordnete elektrisch leitfähige Beschichtung, bevorzugt
eine Beschichtung aus Silber, aufweisen,
- Partikeln, die aus einem elektrisch leitfähigen, nicht-metallischen Material bestehen,
welches bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Ruß, Graphit, Graphen,
Kohlenstoff-Nanoröhren, Polyanilin, Polyacetylen, Polypyrrol, Polyparaphenylen, Polythiophen
und Mischungen hiervon, und
- Mischungen solcher Partikel.
10. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Elastomer-Matrix-Schicht (2) zusätzlich Partikel aus einem elektrisch
nicht-leitfähigen, nicht-metallischen Material, bevorzugt Kieselsäuren, enthält.
11. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine elektrisch leitfähige Metallschicht (3)
- ein Metall enthält oder aus diesem besteht, welches ausgewählt ist aus der Gruppe
bestehend aus Aluminium, Kupfer, Silber, Gold, Platin, Zink, Zinn und Mischungen hiervon,
und/oder
- eine Schichtdicke von 100 nm bis 100 µm, bevorzugt von 5 µm bis 50 µm, aufweist,
und/oder
- eine abgeschiedene Schicht, vorzugsweise eine physikalisch abgeschiedene, chemisch
abgeschiedene oder elektrochemisch abgeschiedene Schicht, besonders bevorzugt eine
galvanisch abgeschiedene Schicht, ist.
12. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Elastomer-Matrix-Schicht (2) zumindest teilweise in Form von
Leiterbahnen auf dem Substrat (1) angeordnet ist.
13. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible und/oder elastische Bauteil ein elektrisches Bauelement (6), vorzugsweise
ein SMD-Bauelement, umfasst, welches über ein Lot (4), bei dem es sich vorzugsweise
um eine Zinnlegierung, besonders bevorzugt um eine Zinn-Bismut-Legierung handelt,
mit der mindestens einen elektrisch leitfähigen Metallschicht (3) in Verbindung steht,
wobei die Lötstelle vorzugsweise durch mindestens eine Deckschicht (8) und/oder mindestens
eine Kapselung (7) mechanisch versteift ist.
14. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible und/oder elastische Bauteil mehrere flexible und/oder elastische Substrate
(1) und mehrere elektrisch leitfähige Elastomer-Matrix-Schichten (2) aufweist, wobei
die Substrate und die Elastomer-Matrix-Schichten abwechselnd angeordnet sind, und
wobei vorzugsweise mindestens eines der mehreren Substrate mindestens eine Unterbrechung
aufweist, durch welche die an dieses Substrat angrenzenden elektrisch leitfähigen
Elastomer-Matrix-Schichten verbunden sind.
15. Verfahren zur Herstellung eines flexiblen und/oder elastischen Bauteils gemäß einem
der Ansprüche 1 bis 14, bei welchem
a) ein flexibles und/oder elastisches Substrat (1) mit einer Vorderseite und einer
Rückseite bereitgestellt wird,
b) die Vorderseite und/oder die Rückseite des Substrats (1) mit mindestens einer bereichsweise
angeordneten elektrisch leitfähigen Elastomer-Matrix-Schicht (2) versehen wird, die
mindestens einen elektrisch leitfähigen partikulären Füllstoff enthält, und
c) die mindestens eine Elastomer-Matrix-Schicht (2) zumindest bereichsweise mit mindestens
einer elektrisch leitfähigen Metallschicht (3) versehen wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, dass das Versehen der Vorderseite und/oder der Rückseite des Substrats (1) mit der mindestens
einen bereichsweise angeordneten elektrisch leitfähigen Elastomer-Matrix-Schicht (2)
in Schritt b) dadurch erfolgt, dass
- die Vorderseite und/oder die Rückseite des Substrats (1) bereichsweise mit der mindestens
einen elektrisch leitfähigen Elastomer-Matrix-Schicht (2) versehen wird, oder
- die Vorderseite und/oder die Rückseite des Substrats (1) zunächst vollflächig mit
der mindestens einen elektrisch leitfähigen Elastomer-Matrix-Schicht (2) versehen
wird und anschließend mindestens ein Teilbereich der mindestens einen elektrisch leitfähigen
Elastomer-Matrix-Schicht (2) entfernt wird, wobei das Entfernen vorzugsweise mittels
Laserbehandlung erfolgt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16,
dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c)
- die elektrisch leitfähige Elastomer-Matrix-Schicht (2) bereichsweise mit der mindestens
einen elektrisch leitfähigen Metallschicht (3) versehen wird, oder
- die elektrisch leitfähige Elastomer-Matrix-Schicht (2) zunächst vollflächig mit
der mindestens einen elektrisch leitfähigen Metallschicht (3) versehen wird und anschließend
mindestens ein Teilbereich der mindestens einen elektrisch leitfähigen Metallschicht
(3) entfernt wird, wobei das Entfernen vorzugsweise mittels Laserbehandlung erfolgt.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, dass das Versehen der Elastomer-Matrix-Schicht (2) mit der elektrisch leitfähigen Metallschicht
(3) in Schritt c) dadurch erfolgt, dass die elektrisch leitfähige Metallschicht (3)
auf der Elastomer-Matrix-Schicht (2) abgeschieden wird, wobei die Abscheidung vorzugsweise
mittels
- physikalischer Abscheidung, besonders bevorzugt PVD-Abscheidung, oder
- chemischer Abscheidung, besonders bevorzugt CVD-Abscheidung oder nasschemischer
Abscheidung, oder
- elektrochemischer Abscheidung, besonders bevorzugt Galvanisierung oder Elektroplattierung,
ganz besonders bevorzugt unter Verwendung eines Tauchbades oder eines Tampon-Verfahrens,
erfolgt.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Versehen der Elastomer-Matrix-Schicht (2) mit der elektrisch leitfähigen Metallschicht
(3) in Schritt c) dadurch erfolgt, dass die elektrisch leitfähige Metallschicht (3)
elektrochemisch unter Verwendung eines Elektrolyten abgeschieden wird, wobei die Abscheidung
an einer Phasengrenze zwischen dem Elektrolyten und der noch unvernetzten oder nur
teilvernetzten Elastomer-Matrix-Schicht erfolgt.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) die mindestens eine Elastomer-Matrix-Schicht (2) zumindest bereichsweise
mit einer elektrisch leitfähigen Metallschicht (3) versehen wird, während sich die
mindestens eine Elastomer-Matrix-Schicht (2) in einem gedehnten Zustand befindet.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Schritt b) und c) die mindestens eine elektrisch leitfähige Elastomer-Matrix-Schicht
(2) mit mindestens einem weiteren flexiblen und/oder elastischen Substrat und mindestens
einer weiteren elektrisch leitfähigen Elastomer-Matrix-Schicht versehen wird, so dass
die Substrate und die Elastomer-Matrix-Schichten abwechselnd angeordnet sind.
22. Verwendung eines flexiblen und/oder elastischen Bauteils gemäß einem der Ansprüche
1 bis 14 als Heizelement, als Spule, als Antenne, als Leiterplatte, als Sensor, vorzugsweise
Temperatursensor, Lichtsensor, Feuchtigkeitssensor, Beschleunigungssensor, Lagesensor,
Drucksensor, Näherungssensor, Dehnungssensor, Scherkraftsensor, als magnetischer bzw.
magnetorheologischer oder dielektrischer Aktor, als dielektrischer Generator, als
dielektrischer oder resistiver Sensor, oder als integriertes Bauteil, welches mehrere
der genannten Funktionen erfüllt.