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

1 1

CH 678 680G A3 CH 678 680G A3

2 2nd

Beschreibung description

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. It is known that non-metallic materials such as glass, ceramics and similar substances can be connected to one another and to metallic materials by soldering by applying adherent metallic and solderable layers. Solderable metallic layers on insulating materials are becoming increasingly important, for example in electronics, in sensor technology when connecting exotic materials, and in the watch industry, where a wide variety of ceramics and single crystals of hard materials are becoming increasingly popular as scratch-resistant, indestructible materials.

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. On the one hand, there are so-called baking processes, by means of which metallic layers are applied, on the other hand, it has been proposed to deposit these layers in vacuum processes (sputtering, vapor deposition, etc.). The thickness of the layers that are deposited by vapor deposition or sputtering is usually less than 1 to about 3 micrometers.

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. Soldering with tin-based or lead-based solder metals at melting temperatures of 150 ° C to 250 ° C presents great difficulties on these thin layers. A key problem here is the alloying and diffusion processes. As a result of the lack of an alloy metal, the solder metal penetrates all or part of the way to the substrate material. The consequence of this is reduced or insufficient adhesion because the solder metal has no affinity for the oxidic substrate material. When soldering cover glasses on instruments and watches, there is another undesirable effect. For years, glasses for watches have been provided with thin, pure or partially oxidized metals or oxides for aesthetic enrichment. If you try to coat such glass elements using the vacuum process mentioned above and solder them with soft solder metals, the alloying and diffusion processes lead to uneven, stain-like discoloration on the thin decorative layers, because these layers are penetrated in places by the solder metal.

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. In order to solve the problems addressed when soldering vapor-deposited or sputtered layers, patent specifications and publications (EPA No. B1 66 538 (Rado), CH-A 449 376 (Balzers), DE-A1 3 040 493, DE-A1 2 711 258 and US Pat. No. 3,657,076) at least one layer which is sealed with respect to the solder metal. This acts as a diffusion barrier and prevents the phenomena described.

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 The present invention relates to a layer system capable of being soldered at 150 ° C. to 250 ° C. Suitable for non-metals such as aluminum oxide single crystals and mineral glasses with thin, metallic decorative layers, as well as ceramic materials that do not require diffusion barrier layers. The layer system fulfills the high aesthetic and technical requirements for high quality

Komponenten sowie Uhrengläser oder Gehäuse gestellt werden. Components as well as watch glasses or housings are made.

Gegenüber den Verfahren mit wenigstens einer Diffusionsschicht, bedeutet deren Wegfall in verschiedener Hinsicht wesentliche Vorteile: Compared to the process with at least one diffusion layer, its omission means several advantages in several ways:

- Einfachere, rationellere und somit kostengünstigere Fertigung durch den Wegfall mindestens eines physikalischen, chemischen oder elektrochemischen Beschichtungsprozesses. - Simpler, more efficient and therefore more cost-effective production due to the elimination of at least one physical, chemical or electrochemical coating process.

- 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. - Elimination of the structuring of this barrier layer that was necessary in watch and instrument glasses by mechanical covers during the coating or by subsequent masking and selective etching. Geometry generation is easier.

- Durch die Reduzierung der Metallkombinationen, wird die Gefahr elektrochemisch unterstützter Korrosionen verringert. - By reducing the metal combinations, the risk of electrochemically supported corrosion is reduced.

- Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Beschichtung. Weniger Schichten verringern die Eigenspannungen im Schichtsystem. - Improvement of the mechanical properties of the coating. Fewer layers reduce the internal stresses in the layer system.

- Die lötfähige Schicht kann leicht und exakt auf den Lötprozess abgestimmt werden. Der Lötpro-zess wird dadurch erheblich vereinfacht und beschleunigt. - The solderable layer can be easily and precisely matched to the soldering process. This considerably simplifies and speeds up the soldering process.

Die Fig. 1-3 zeigen einige Ausführungsbeispiele. 1-3 show some embodiments.

Fig. 1 zeigt eine Vergrösserung der aufgebrachten Schichten, wobei 1 das Glas, 2 die Dekorschicht, 3 die lötfähige Schicht und 4 das Lot bedeuten. 1 shows an enlargement of the applied layers, where 1 means the glass, 2 the decorative layer, 3 the solderable layer and 4 the solder.

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. 2 shows an enlargement of the glass, layers and housing, where 1 means the glass, 2 the decorative layer, 3 the solderable layer, 4 the solder and 5 the housing.

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. 3 shows an enlargement of the glass, layers and ring, where 1 means the glass, 2 the decorative layer, 3 the solderable layer, 4 the solder and 6 the ring.

Claims

1.Method for the production of a layer system on glass, ceramics and similar substances (1) which can be soldered with so-called soft solders based on tin or lead and processing temperatures in the range from 150 ° C to 250 ° C, which layer system comprises at least one layer (2 ) is provided, characterized in that, without a further intermediate layer, the layer (3) immediately following the decorative layer consists of metals which, on the one hand, form an adhesive bond with the decorative layer and, on the other hand, are characterized by a high affinity for the solder metal (4); that this layer (3) is applied by a suitable combination of physical coating in a vacuum and electrochemical processes in such a way that the alloying and diffusion processes that occur during soldering do not produce any visually visible changes on the thin metallic decorative layers (2) facing the viewer provided side of the solder joint, and ensures a perfect adhesive strength that exceeds the cohesive forces of the solders mentioned.

5

10th

15

20th

25th

30th

35

40

45

50

55

60

65

3rd

CH678 680G A3

2. The method according to claim 1, characterized in that the first layer directly following the decorative layer (2) is a partially oxidized metal with high oxygen affinity such as nickel, chromium or titanium, is applied in a vacuum coating process and its thickness is a few nanometers .

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the layer having a high affinity for the solder (3) consists of silver, bismuth, gold, copper or indium or combinations of these metals.

4. Watch case consisting of glass, middle case and base, characterized in that it is produced by the method according to claims 1-3.

5. Watch case according to claim 4, characterized in that on the watch glass (1) as a construction element, a ring (6) or construction elements of other geometric shapes, made of steel, non-ferrous metal or gold, larger, the same size or smaller than the glass (1) or the housing (5) are soldered.

5

10th

15

20th

25th

30th

35

40

45

50

55

60

65

4th