用于接合热塑性膜与金属构件的方法与流程

1.本发明涉及一种用于接合热塑性膜与金属构件的方法。


背景技术：

2.在由热塑性塑料制成的膜与金属构件之间的接合连接例如位于机动车照明装置的光模块中。在那里，热塑性膜用作所谓的电路载体膜，在所述电路载体膜的上侧上印刷、气相沉积或电沉积有金属的导体电路结构。这些导体电路用于电接触、特别是发光器件的电接触，并且这些导体电路不仅可以用于提供必要的供电电压而且也可以用于输送控制信号。电路载体膜的下侧面状地与金属的冷却体连接，所述冷却体用于导出发光器件和引线的在光模块的运行中产生的废热。
3.在根据现有技术的光模块中，电路载体膜通常借助于粘合剂与冷却体的表面连接。这种接合方法在工艺技术方面存在缺陷并且还导致接合连接在散热方面的功能性受限。因此，粘合剂的使用、特别是液体的粘合剂的使用总是要看作是对整个过程的污染的潜在起点，并且粘合剂和相关的涂覆技术也是成本因素。粘合剂层在结构组合件的功能性方面存在的不利影响在于，所述粘合剂层在热塑性膜与冷却体之间形成附加的热阻，由此非期望地降低结构组合件的导热性。
4.us 2005/0079373 a1公开一种用于无粘合剂地接合塑料构件与由另一种材料、例如金属制成的构件的方法，所述方法所基于的是，借助于高能辐射激活塑料构件的接合面并因此能构建与另一个构件的化学结合。这种方法的缺点是必须在洁净室条件下实施，以便防止污染并由此防止被激活的接合面饱和。
5.us 4,022,648 a公开一种用于无粘合剂地接合热塑性的构件与例如金属的基材的方法，为此提出对设置在基材上的热塑性的构件进行加热与同时在构件与基材之间施加电势差相结合。
6.已公开的de102019106260.8公开一种用于在车辆的照明装置中在金属组件与在光学技术上起作用的塑料构件之间建立接合连接的方法，所述塑料构件特别是反射器、光导体、厚壁光学器件或初级光学器件，其中，金属组件的接合面具有带有侧凹部的微结构，并且塑料构件被热软化并压入到微结构中，从而在塑料构件冷却并且硬化后存在与金属组件的连接。


技术实现要素：

7.因此本发明的目的是，提出一种用于接合热塑性膜与金属构件的方法，所述方法特别适用于作为光模块的组成部分的电路载体膜与冷却体的连接。
8.所述目的从根据权利要求1前序部分的方法出发结合特征部分的特征来实现。本发明的有利的进一步改进方案在从属权利要求中给出。
9.本发明包含如下技术教导，所述方法至少包括以下方法步骤：
[0010]-提供具有接合面的金属构件；
[0011]-将微结构和/或纳米结构引入到金属构件的接合面中；
[0012]-在金属构件的接合面上设置热塑性膜；
[0013]-通过加热至高于热塑性膜的玻璃转化温度的温度来软化热塑性膜；
[0014]-将软化的热塑性膜压到金属构件的接合面上，使得软化的热塑性膜的一部分渗入到在金属构件的接合面中的微结构和/或纳米结构中；和
[0015]-在热塑性膜冷却后获得热塑性膜与金属构件的形锁合连接。
[0016]
本发明从如下构思出发：利用热塑性材料在供热下的软化，以便将膜的一部分压入到在金属构件的接合面上的合适地设定尺寸的表面结构中，从而存在有在冷却和硬化之后处于与表面结构形锁合地紧固的状态下的膜。热塑性塑料是无定形或部分结晶的塑料，其基本结构元素在于分支少或无分支的碳链。热塑性塑料的特点是热塑性的物质状态，在所述热塑性的物质状态中，材料柔软并且不再形状稳定地存在。以超过材料特定的玻璃转化温度来实现到这种热塑性的状态的转变，在低于所述玻璃转化温度的情况下，热塑性塑料处于固态或热弹性的状态。在热塑性规则下材料还不是能流动的，从而在实施根据本发明的方法时，能够在保持膜上侧的结构完整性的情况下将热塑性膜的下侧压入到金属的表面结构中。在膜作为电路载体的应用方面这意味着，在膜的上侧上沉积的导体电路或其他mems组件不受接合过程的影响。作为用于热塑性膜的材料，考虑例如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(abs)、聚酰胺(pa)、聚乳酸(pla)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚碳酸酯(pc)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、聚苯乙烯(ps)、聚醚醚酮(peek)或聚氯乙烯(pvc)。
[0017]
引入到金属构件的接合面中的微结构和/或纳米结构可以例如作为沟槽状的凹部以直线的或曲折的形状存在或者可以具有更复杂的形貌、例如由空腔和表面隆起组成的组合。在此，表面结构的尺寸优选地匹配于膜的具体热塑性材料的可变形性。纳米结构化可以特别是实现有针对性地改变表面能，并由此以软化的热塑性塑料影响金属表面的湿润度(benetzungsgrad)。
[0018]
因此，以根据本发明的接合方法能够尽管有利地省去粘合剂，但仍创造热塑性膜与金属构件的对于多种应用目的而言足够能受载的并且持久的连接，特别是对于作为光模块的组成部分的电路载体膜与冷却体的连接而言。此外，在此通过接合面的微结构和/或纳米结构增大在膜与金属体之间的有效界面，从而能实现从膜到金属体中的特别快速的散热。
[0019]
在根据本发明的方法的有利的实施方式中，在引入微结构和/或纳米结构时将侧凹部引入到金属构件的接合面中。几何的侧凹部可以被软化的热塑性材料包围，从而在热塑性塑料硬化后沿着接合面的平面法线方向形成形锁合连接。这样的侧凹部可以例如以空腔的阶梯部或凸起的形式存在。
[0020]
优选地，借助于电化学工艺或借助于激光材料加工工艺或借助于机械工艺来将微结构和/或纳米结构引入到金属构件的接合面中。例如，电化学去除工艺适用于以在微米范围的精度将复杂的表面结构引入到金属传导性的工件中。为了更高的直至纳米范围的制造精度可以使用激光材料加工和光子学的现代工艺。机械工艺是成本有益的备选方案，其中例如借助于铣削和锤击的组合也能实现具有侧凹部的结构。
[0021]
在有利的实施方案中，借助于激光辐射或借助于红外辐射或借助于对流供热或借
助于对金属构件的感应式加热或接触式加热来实施对热塑性膜的加热。特别是，使用激光源提供受控地局部加热的优点，例如以便仅区段性地构建接合连接。在此，激光辐射可以要么直接被热塑性膜吸收，要么被位于所述热塑性膜下的金属的接合配对体吸收，从而有利地引起对膜在其面向金属体接合面的下侧的区域中的间接加热，而膜的上侧(在所述膜的上侧上必要时可以容纳有导体电路或其他的电子结构元件)受较小的热载荷。这也通过对金属构件的感应式加热或接触式加热来实现。对流供热可以例如借助于热空气鼓风机产生，所述热空气鼓风机指向热塑性膜和/或指向金属构件。
[0022]
优选地，借助于负压和/或借助于机械压力来将加热的热塑性膜压到金属构件的接合面上。例如，金属构件容纳在模具、例如膜深冲机的模具中，并且将热塑性膜放置在模具上，从而在对模具抽真空时使膜压到在金属构件上的接合面上。备选地或附加地，可以例如使用适合地成型的压模来机械地挤压膜。
[0023]
进一步有利地，在将加热的热塑性膜压到金属构件的接合面上期间和/或之后，主动地冷却热塑性膜和/或金属构件。主动冷却可以例如借助于鼓风机或通过与金属构件接触的珀尔帖元件来实施。主动冷却缩短方法步骤的处理时间并降低对于设置在膜的上侧上的可能的电子元件的热载荷。
[0024]
此外，本发明涉及一种用于将第一热塑性膜与金属构件接合以及将第二热塑性膜与第一热塑性膜接合的方法，其中，所述方法至少包括以下方法步骤：
[0025]-借助于上述方法的实施方式将第一膜与构件接合；
[0026]-在第一膜上设置第二膜；
[0027]-通过加热至高于膜的玻璃转化温度的温度来软化第一膜和第二膜；
[0028]-将软化的第二膜压到软化的第一膜上；和
[0029]-在膜冷却后获得第二膜与第一膜的材料锁合连接。
[0030]
因此，该方法是根据本发明的方法的扩展方案，其中将另一个热塑性膜用作连接元件，使所述连接元件在下侧与金属构件的结构化的接合面构成形锁合连接，并且将所述连接元件与设置在上侧的第二膜材料锁合地连接，所述第二膜特别是构成为电路载体膜。在此必须的是，两个膜由相同的热塑性塑料制成或者由两种在其玻璃转化温度和相互交联性方面兼容的热塑性塑料制成。这种扩展的接合方法在使用具有特别敏感的电子元件的电路载体膜时以及在压入到接合面的表面结构中时必须避免膜上侧的可能出现的局部变形时是特别有利的。
[0031]
此外，本发明涉及一种用于机动车照明装置的光模块，所述光模块至少包括发光器件、金属的冷却体和热塑性的电路载体膜，其中，所述电路载体膜具有用于与发光器件电接触的导体电路，其特征在于，所述电路载体膜与冷却体连接，其中，所述连接是借助于上述接合方法的实施方式而建立的。
附图说明
[0032]
下面借助于附图结合对本发明的优选实施例的描述更详细地阐述其他对本发明的改进措施。图中：
[0033]
图1a示出作为根据本发明的光模块的组成部分的冷却体的视图；
[0034]
图1b示出根据本发明的光模块的视图；
[0035]
图2示出图1b的横剖面；以及
[0036]
图3a、b以图2的放大局部示出根据本发明的连接。
具体实施方式
[0037]
图1a和图1b示出根据本发明的光模块6的组成部分的透视图，图2示出沿着剖切线aa的相应横剖视图。光模块6的主要组成部分是作为金属构件2的冷却体200、基于热塑性膜1的电路载体膜100、以及发光器件5，其中所述发光器件仅在图1b和图2中示出。
[0038]
冷却体200例如由铝合金、镁合金或铜合金制造并且包括多个冷却片以及设置在所述冷却片上的用于容纳要冷却的发光器件5的板。用于与电路载体膜1连接的接合面20位于所述板上。在根据本发明的接合方法的范畴内，在接合面20中引入直线地彼此平行地延伸的微结构21。
[0039]
电路载体膜100在其上侧上具有多个金属的导体电路101以用于接触与所述导体电路电连接的照明器件5，其中，照明器件5除光源外还包括用于控制的其他电子外围设备和/或传感器。
[0040]
电路载体膜100覆盖接合面20的设置有微结构21的区域。在图2的横剖视图中可以看出，微结构构成沟槽状的凹部并且在根据本发明的接合方法的进程中被热塑性膜1的一部分填充，所述热塑性膜在软化的热塑性的状态下被压入。
[0041]
图3a和图3b示出图2的图像局部b的放大的详细视图。其中，图3a和图3b应当理解为将电路载体膜100附接到冷却体200上的彼此备选的实施方式。
[0042]
引入到金属构件2的接合面20中的微结构21具有销状的横截面，所述横截面具有在端部的冠状的扩大部，由此形成侧凹部22。因此，通过热塑性膜1或1a的渗入到微结构21中的部分形成与金属构件2在水平方向和竖直方向上的形锁合连接3。所述连接3是耐温度变化的，直至再次超过所使用的热塑性塑料的玻璃转化温度。
[0043]
在图3a中，电路载体膜100直接以形锁合连接3与冷却体200接合，而在图3b所示的实施方式中，热塑性膜1a作为附加的连接元件构建形锁合连接3，并且在随后的方法步骤中，所述热塑性膜与电路载体膜100的热塑性膜1b建立材料锁合连接4。后一种变型方案用于保护导体电路101或固定设置在电路载体膜100的上侧的其他结构元件以防在构建形锁合连接3时的潜在损伤。
[0044]
本发明在其实施方案方面不限于以上给出的优选的实施例。而是可设想大量的变型方案，这些变型方案即使在原则上不同类型的实施方案中也利用示出的解决方案。由权利要求书、说明书或附图得出的所有特征和/或优点、包括结构细节、空间布置和方法步骤无论是单独还是以极广泛的组合形式都可以是对本发明重要的。
[0045]
附图标记列表
[0046]
1、1a、1b
ꢀꢀ
热塑性膜
[0047]
100
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电路载体膜
[0048]
101
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
导体电路
[0049]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
金属构件
[0050]
20
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
接合面
[0051]
21
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
微结构
[0052]
22
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
侧凹部
[0053]
200
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
冷却体
[0054]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
形锁合连接
[0055]4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
材料锁合连接
[0056]5ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
发光器件
[0057]6ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
光模块
[0058]aꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
剖切线
[0059]bꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
图像局部