CH678680B5

CH678680B5 -

Info

Publication number: CH678680B5
Application number: CH60790A
Authority: CH
Original assignee: Burg Rolf; Ernst Flury Duennschichttechni
Priority date: 1990-02-20
Filing date: 1990-02-20
Publication date: 1992-04-30
Also published as: CH678680GA3

Description

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CH 678 680G A3

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Beschreibung

Es ist bekannt, dass nichtmetallische Werkstoffe wie Glas, Keramik und ähnliche Stoffe, durch das Aufbringen haftfester metallischer und lötfähiger Schichten miteinander und mit metallischen Werkstoffen durch Löten verbunden werden können. Wachsende Bedeutung erlangen lötfähige metallische Schichten auf isolierenden Werkstoffen unter anderem in der Elektronik, in der Sensortechnik beim Verbinden exotischer Materialien und in der Uhrenindustrie, wo sich verschiedenste Keramiken und Einkristalle harter Materialien als kratzfeste, unverwüstliche Materialien immer mehr durchsetzen.

Einerseits sind es sog. Einbrennverfahren, womit metallische Schichten aufgebracht werden, anderseits ist vorgeschlagen worden, diese Schichten in Vakuumprozessen (Sputtern, Aufdampfen etc.) abzuscheiden. Die Dicke der Schichten, die im Aufdampf- oder Sputterverfahren abgeschieden werden, liegt in der Regel bei weniger als 1 bis etwa 3 Mikrometer.

Das Löten mit Lotmetallen auf Zinn- oder Bleibasis bei Schmelztemperaturen von 150°C bis 250°C, bietet auf diesen dünnen Schichten sehr grosse Schwierigkeiten. Ein zentrales Problem bilden dabei die Legierungs- und Diffusionsvorgänge. Sie führen dazu, dass das Lotmetall infolge mangelnden Angebots eines Legierungsmetalls, ganzflächig oder teilweise bis zum Substratmaterial durchdringt. Die Folge davon ist eine verminderte oder ungenügende Haftung, weil das Lotmetall keine Affinität zum oxidischen Substratmaterial besitzt. Beim Verlöten von Deckgläsern bei Instrumenten und Uhren, tritt noch ein anderer, unerwünschter Effekt auf. Seit Jahren werden Gläser für Uhren zur ästhetischen Bereicherung mit dünnen, reinen oder teiloxi-dierten Metallen oder Oxiden versehen. Versucht man solche Glaselemente nach dem oben genannten Vakuumverfahren lötfähig zu beschichten und mit Weichlotmetallen zu verlöten, führen die Legie-rungs- und Diffusionsvorgänge zu ungleichmässi-gen, fleckenartigen Verfärbungen auf den dünnen Dekorschichten, weil diese Schichten stellenweise vom Lotmetall durchdrungen werden.

Um die angesprochenen Probleme beim Löten aufgedampfter oder gesputterter Schichten zu lösen, wird in Patentschriften und Veröffentlichungen (EPA Nr. B1 66 538 (Rado), CH-A 449 376 (Balzers), DE-A1 3 040 493, DE-A1 2 711 258 und US-A 3 657 076) wenigstens eine, gegenüber dem Lotmetall dichte Schicht, aufgebracht. Diese hat die Funktion einer Diffusionsbarriere und verhindert die beschriebenen Phänomene.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, ein bei 150°C bis 250°C lötfähiaes Schichtsvstem. geeignet für Nichtmetalle wie Aluminiumoxid-Einkristalle und mineralische Gläser mit aufgebrachten dünnen, metallischen Dekorschichten sowie keramische Materialien, bei dem auf Diffusionssperr-schichten ganz verzichtet werden kann. Das Schichtsystem erfüllt die hohen ästhetischen und technischen Anforderungen, die an hochwertige

Komponenten sowie Uhrengläser oder Gehäuse gestellt werden.

Gegenüber den Verfahren mit wenigstens einer Diffusionsschicht, bedeutet deren Wegfall in verschiedener Hinsicht wesentliche Vorteile:

- Einfachere, rationellere und somit kostengünstigere Fertigung durch den Wegfall mindestens eines physikalischen, chemischen oder elektrochemischen Beschichtungsprozesses.

- Wegfall des bei Uhren- und Instrumentengläsern notwendig gewesenen Strukturierens dieser Sperrschicht durch mechanische Abdeckungen während des Beschichtens oder durch nachträgliches Maskieren und selektives Ätzen. Die Geometrieerzeugung gestaltet sich einfacher.

- Durch die Reduzierung der Metallkombinationen, wird die Gefahr elektrochemisch unterstützter Korrosionen verringert.

- Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Beschichtung. Weniger Schichten verringern die Eigenspannungen im Schichtsystem.

- Die lötfähige Schicht kann leicht und exakt auf den Lötprozess abgestimmt werden. Der Lötpro-zess wird dadurch erheblich vereinfacht und beschleunigt.

Die Fig. 1-3 zeigen einige Ausführungsbeispiele.

Fig. 1 zeigt eine Vergrösserung der aufgebrachten Schichten, wobei 1 das Glas, 2 die Dekorschicht, 3 die lötfähige Schicht und 4 das Lot bedeuten.

Fig. 2 zeigt eine Vergrösserung von Glas, Schichten und Gehäuse, wobei 1 das Glas, 2 die Dekorschicht, 3 die lötfähige Schicht, 4 das Lot und 5 das Gehäuse bedeuten.

Fig. 3 zeigt eine Vergrösserung von Glas, Schichten und Ring, wobei 1 das Glas, 2 die Dekorschicht, 3 die lötfähige Schicht, 4 das Lot und 6 den Ring bedeuten.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines mit sogenannten Weichloten auf Zinn- oder Bleibasis und Verarbeitungstemperaturen im Bereich von 150°C bis 250°C lötfähigen Schichtsystemes auf Glas, Keramik und ähnlichen Stoffen (1), welches mit wenigstens einer, zu Dekorationszwecken dienenden Schicht (2) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass ohne weitere Zwischenschicht, die der Dekorschicht direkt folgenden Schicht (3) aus Metallen besteht, die einerseits mit der Dekorschicht eine haftfeste Verbindung eingehen und sich anderseits durch eine hohe Affinität zum Lotmetall (4) auszeichnen; dass das Aufbringen dieser Schicht (3) durch geeignete Kombination von physikalischer Beschichtung im Vakuum und elektrochemischen Prozessen in der Weise geschieht, dass die beim Löten auftretenden Legierungs- und Diffusionsprozesse keine visuell sichtbaren Veränderungen auf der dem Betrachter zugewandten, mit dünnen metallischen Dekorschichten (2) versehenen Seite der Lötstelle bewirken, und eine einwandfreie Haftfestigkeit gewährleistet, welche die Kohäsionskräfte der genannten Lote übersteigt.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste, direkt auf die Dekorschicht (2) folgende Schicht ein teiloxidiertes Metall mit hoher Sauerstoffaffinität wie Nickel, Chrom oder Titan darstellt, in einem Vakuumbeschichtungs-verfahren aufgebracht wird und deren Dicke wenige Nanometer beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüber dem Lot hohe Affinität aufweisende Schicht (3) aus Silber, Wismuth, Gold, Kupfer oder Indium oder Kombinationen dieser Metalle besteht.

4. Uhrengehäuse bestehend aus Glas, Gehäusemittelteil und Boden dadurch gekennzeichnet, dass es nach dem Verfahren nach den Ansprüchen 1-3 hergestellt ist.

5. Uhrengehäuse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Uhrenglas (1) als Konstruktionselement ein Ring (6) oder Konstruktionselemente anderer geometrischer Formen, aus Stahl, Buntmetall oder Gold, grösser, gleich gross oder kleiner als das Glas (1) oder das Gehäuse (5), aufgelötet sind.

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