DE10001852C2 - Verfahren zum Formen einer elektrischen Signalleitung zwischen zwei Elektroden, Erzeugnis mit einer derartigen Signalleitung und Verwendung des Erzeugnisses - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zum Formen mindestens einer elektrischen Signalleitung zwischen zwei Elektroden eines Elektrodenpaares. Neben dem Verfahren wird ein elektrotechnisches Erzeugnis nach dem Oberbegriff des Anspruchs 11 angegeben, das mindestens ein Elektrodenpaar mit zwei Elektroden und einer elektrischen Signalleitung zwischen den Elektroden aufweist. Darüber hinaus wird eine Verwendung eines derartigen Verfahrens vorgestellt.

Eine elektrische Signalleitung zwischen zwei Elektroden eines Elektrodenpaares dient einer Weiterleitung eines elektrischen Signals von einer der Elektroden auf die andere Elektrode. Das elektrische Signal ist beispielsweise ein elektrisches Spannungssignal. Zur Weiterleitung des elektrischen Signals sind die Elektroden beispielsweise elektrisch leitend kontaktiert.

Zur elektrischen Kontaktierung zweier Elektroden des Elektrodenpaares wird zwischen den Elektroden eine elektrische Signalleitung beispielsweise in Form einer Elektronenleitung hergestellt. Durch die Elektronenleitung ist ein Transport von Elektronen von einer Elektrode zur anderen Elektrode möglich. Die Elektronenleitung besteht beispielsweise aus einem metallischen Leiter wie Lötzinn, das zum Kontaktieren der Elektroden aufgeschmolzen und mit den Elektroden verbunden wird.

Mit der Kontaktierung der Elektroden durch die elektrische Signalleitung wird eine elektronische Schaltung erhalten. Die elektronische Schaltung richtet sich nach einem fest vorgegebenen Bauplan. Der Bauplan wiederum ist auf ein spezielles Problem hin ausgerichtet, das mit Hilfe der elektronischen Schaltung gelöst werden soll. Derartige elektronische Schaltungen sind nicht ohne weiteres veränderbar und damit nicht universell einsetzbar. Sie sind auf solche Probleme anwendbar, die mit Hilfe der elektronischen Schaltung gelöst werden können.

Aus US 5 315 162 ist ein Verfahren zum Formen mindestens einer elektrischen Signalleitung zwischen zwei Elektroden mindestens eines Elektrodenpaares bekannt, wobei das Formen der elektrischen Signalleitungen elektrochemisch erfolgt. Das Formen der elektrischen Signalleitung umfasst ein Herstellen und/oder ein Unterbrechen der elektrischen Signalleitung. Die elektrische Signalleitung ist vorzugsweise eine elektrochemische Abscheidung aus Kupfer oder Silber. Um diese elektrochemische Abscheidung herstellen zu können, sind in dem Träger zwischen den Elektroden Kanäle angeordnet, die einen ionischen Ausgangsstoff der elektrochemischen Abscheidung aufweisen. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen den Elektroden erfolgt das elektrochemische Abscheiden des Ausgangsstoffes. Es entsteht die elektrische Signalleitung. Damit die elektrische Signalleitung zwischen den Elektroden geformt werden kann, ist im Trägerkörper ein vorbestimmter Kanal, der beispielsweise Kohlenstoff als Absorptionsmittel für den Ausgangsstoff enthält, zwischen den Elektroden angeordnet. Ein Ort und eine Ausrichtung der herzustellenden elektrischen Signalleitung beschränkt sich auf die fest vorgegebenen Kanäle im Trägerkörper.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, aufzuzeigen, wie eine veränderbare elektronische Schaltung mit einer im Vergleich zum bekannten Stand der Technik höheren Flexibilität erhalten werden kann.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zum elektrochemischen Formen mindestens einer elektrischen Signalleitung zwischen zwei durch einen Trägerkörper verbundenen und elektrisch voneinander isolierten Elektroden mindestens eines Elektrodenpaares angegeben, dadurch gekennzeichnet, dass ein Trägerkörper mit einer Vielzahl offener Poren verwendet wird und das Formen durch die Poren des Trägerkörpers erfolgt.

Eine Elektrode ist beispielsweise eine Leiterbahn oder ein elektrischer Kontakt. Die Elektrode kann fest oder flüssig sein. Als elektrische Signalleitung ist jede Verbindung zwischen den Elektroden denkbar, die eine Übertragung eines elektrischen Signals von einer der Elektroden auf die andere Elektrode ermöglicht. Beispielsweise wird die elektrische Signalleitung durch einen Ionenleiter und/oder Elektronenleiter gebildet.

Das Formen der elektrischen Signalleitung bedeutet, daß die elektrische Signalleitung hergestellt und/oder unterbrochen werden kann. Ebenso ist unter Formen ein Modifizieren zu verstehen, wobei beispielsweise ein elektrischer Widerstand der Signalleitung verringert wird, indem ein leitender Querschnitt der Signalleitung vergrößert wird. Beim elektrochemischen Formen wird elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt und/oder umgekehrt. Die elektrische Energie trägt mittelbar und/oder unmittelbar zur Bildung einer chemischen Bindung bei. Umgekehrt wird bei einem Lösen einer chemischen Bindung Energie frei, die zur Bildung elektrischer Energie führt. Die chemische Bindung kann metallisch, ionisch und/oder kovalent sein. Die chemische Bindung kann zwischen gleichartigen oder ungleichartigen Atomen oder Molekülen hergestellt beziehungsweise gelöst werden.

In einer besonderen Ausgestaltung wird als elektrische Signalleitung eine Elektronenleitung verwendet. Bei einer Elektronenleitung sind mehr oder weniger frei bewegliche Elektronen vorhanden. Zwischen den Elektroden kann ein elektrischer Strom fließen.

Insbesondere wird eine Elektrode und/oder eine Elektronenleitung verwendet, die einen Leiterwerkstoff aufweist, der aus der Gruppe metallischer Leiter, Halbleiter und/oder polymerer Leiter ausgewählt ist. Als metallischer Leiter kommt beispielsweise ein elementares Metall oder eine Legierung von Metallen in Frage. Denkbar ist auch ein nichtmetallischer Leiter wie Kohlenstoff, eine Kohlenstoffverbindung oder eine andere elektrisch leitende chemische Verbindungen wie Indiumzinnoxid. Elektroden und Elektronenleitung können den gleichen Leiterwerkstoff aufweisen. Vorzugsweise sind sie aber aus voneinander unterschiedlichen Leiterwerkstoffen.

In einer besonderen Ausgestaltung umfaßt das Formen der elektrischen Signalleitung ein Herstellen und/oder Unterbrechen der elektrischen Signalleitung. Insbesondere wird das Formen der elektrischen Signalleitung durch Elektrolyse durchgeführt. Dabei stehen die Elektroden und/oder die elektrische Signalleitung mit einem Elektrolyten in Kontakt. Durch Anlegen eines Elektrodenpotentials an die Elektroden findet eine Elektrodenreaktion statt. Die Elektrodenreaktion führt zur Bildung oder Unterbrechung der elektrischen Signalleitung. Bei einer Elektronenleitung aus einem Metall erfolgt das Unterbrechen beispielsweise dadurch, daß über die Elektroden an die Elektronenleitung ein Elektrodenpotential angelegt wird, das genügend positiv ist, um eine Oxidation des Metalls der Elektronenleitung zu bewirken. Es wird zumindest soviel Metall oxidiert, daß die Elektronenleitung unterbrochen ist. Es kann aber auch die ganze, ursprünglich vorhandene Elektronenleitung durch Oxidation entfernt werden.

In einer besonderen Ausgestaltung wird das Herstellen der elektrischen Signalleitung mit folgenden Verfahrensschritten durchgeführt: a) Verbinden der Elektroden durch ein Medium, das mindestens einen ionischen Ausgangsstoff der elektrischen Signalleitung aufweist und b) elektrochemisches Abscheiden des Ausgangsstoffs an zumindest einer der Elektroden, so daß die Elektronenleitung gebildet wird.

Elektrochemisches Abscheiden des Ausgangsstoffs an der Elektrode beinhaltet zwei Einzelschritte: Im ersten Einzelschritt wird der ionische Ausgangsstoff in Richtung der Elektrode bewegt. Im zweiten Einzelschritt findet an der Elektrode eine chemische Reaktion statt. Es kommt zu einer Abscheidung, aus der die elektrische Signalleitung gebildet wird. Die beschriebenen Einzelschritte müssen nicht aufeinanderfolgen. Sie können zeitlich überlappend stattfinden. Das beschriebene elektrochemische Abscheiden kann allgemein als elektrophoretisches Abscheiden bezeichnet werden. Als chemische Reaktion des zweiten Einzelschritts ist ein beliebiger Reaktionstyp denkbar. Beispielsweise findet an der Elektrode eine Kondensationsreaktion organischer Moleküle statt, die zu einem Elektronenleiter mit einem organischen Leiter führt. Dazu können gleiche oder auch mehrere voneinander unterschiedliche Ausgangsstoffe verwendet werden. Als Reaktionstyp ist auch eine Oxidation und/oder Reduktion denkbar. In jedem Fall wird elektrische Energie zumindest zum Teil in chemische Energie umgewandelt.

Der ionische Ausgangsstoff zeichnet sich durch eine elektrische Ladung mit einem bestimmten Vorzeichen aus. Ein Bewegen des ionischen Ausgangsstoffs in Richtung einer der Elektroden gelingt beispielsweise durch ein Elektrodenpotential der Elektrode mit einem zur elektrischen Ladung des Ausgangsstoffs umgekehrten Vorzeichen (Elektrostatische Wechselwirkung).

Voraussetzung für das Bewegen des Ausgangsstoffs in Richtung der Elektrode ist eine Beweglichkeit des Ausgangsstoffs. Dies wird beispielsweise durch ein Medium in Form eines Elektrolyten ermöglicht. Der Elektrolyt zeichnet sich durch eine Ionenleitfähigkeit aus. Beispielsweise ist der Elektrolyt ein Lösungsmittel, eine Paste oder eine Schmelze mit dem Ausgangsstoff. Das Lösungsmittel ist beispielsweise Wasser oder eine andere polare Verbindung wie Methanol oder Ethanol. Zur Erhöhung einer Löslichkeit des Ausgangsstoffs und/oder zum Herstellen eines geladenen Zustands des Ausgangsstoffs kann der Elektrolyt ein Fremdion aufweisen. Beispielsweise kann Wasser durch Zugabe von Fremdionen in Form eines Puffersystems einen bestimmten pH-Wert aufweisen, bei dem der Ausgangsstoff hauptsächlich ionisch vorliegt. Ebenso kann der Elektrolyt einen Zusatzstoff aufweisen, der einen Habitus einer Abscheidung des Ausgangsstoffs beeinflußt. Beispielsweise begünstigt der Zusatzstoff ein nadelförmiges Abscheiden des Ausgangsstoffs.

Die chemische Reaktion an der Elektrode findet insbesondere gerichtet statt. Das Abscheiden erfolgt dabei bevorzugt von der Elektrode in Richtung der zweiten Elektrode des Elektrodenpaares statt. Es wird die elektrische Signalleitung gebildet. Ein derartiges gerichtetes Abscheiden gelingt beispielsweise dadurch, daß die chemische Reaktion in einem äußeren elektrischen und/oder magnetischen (anisotropen) Feld statt findet und die chemische Reaktion entlang des Feldes bevorzugt ist. Beispielsweise wird zwischen den Elektroden eine bestimmte Potentialdifferenz bzw. ein bestimmtes Potentialgefälle angelegt wird. Der ionische Ausgangsstoff wird entlang des Potentialgefälles an der Elektrode abgeschieden. Dadurch "wächst" die elektrische Signalleitung in Richtung der zweiten Elektrode des Elektrodenpaares. Es wird so lange Ausgangsstoff abgeschieden, bis die elektrische Signalleitung zwischen den Elektroden aufgebaut ist. Bei einer elektrischen Signalleitung in Form einer Elektronenleitung werden die Elektroden auf diese Weise elektrisch leitend verbunden, also kurzgeschlossen.

Zum gerichteten elektrochemischen Abscheiden von einer Elektrode zur der zweiten Elektrode des Elektrodenpaares ist es auch denkbar, daß das Potentialgefälle nicht zwischen den Elektroden des Elektrodenpaares erzeugt wird. Beispielsweise wird das Potentialgefälle zwischen der Elektrode des Elektrodenpaares, an der der Ausgangsstoff abgeschieden wird, und einer weiteren Elektrode aufgebaut wird. Die zweite Elektrode des Elektrodenpaares befindet sich zwischen der Elektrode und der weiteren Elektrode. Durch Anlegen des Potentialgefälles kommt es zur Bildung der elektrischen Signalleitung. Sobald die Signalleitung die zweite Elektrode erreicht hat, wird das Potentialgefälle zwischen der Elektrode und der weiteren Elektrode entfernt.

Ein gerichtetes Abscheiden wird durch den Trägerkörper ermöglicht bzw. begünstigt, an dem die Elektroden angebracht und durch mindestens einen Porenkanal des Trägerkörpers verbunden sind. Entlang des Kanals wird der Ausgangsstoff abgeschieden, wobei sich die elektrische Signalleitung von einer Elektrode in Richtung der zweiten Elektrode ausbildet. Ein derartiger Trägerkörper ist beispielsweise ein poröser Keramikkörper. Zum Herstellen der Signalleitung wird der Trägerkörper mit dem Medium befüllt, der den Ausgangsstoff der Signalleitung aufweist. Beispielsweise ist der Trägerkörper mit einer Lösung des Ausgangsstoffs getränkt.

In einer besonderen Ausgestaltung findet das chemische Abscheiden des Ausgangsstoffs durch Elektrolyse statt. Elektrolyse beinhaltet neben dem ersten Einzelschritt, dem Bewegen des Ausgangsstoffs in Richtung einer der Elektroden, als chemische Reaktion des zweiten Teilschritts eine Elektrodenreaktion in Form einer Redoxreaktion. Dabei findet eine Elektronenübertragung von dem Ausgangsstoff zur Elektrode (Oxidation des Ausgangsstoffs) oder eine Elektronenübertragung von der Elektrode zum Ausgangsstoff (Reduktion des Ausgangsstoffs) statt. Durch die Oxidation bzw. die Reduktion wird aus dem Ausgangsstoff ein Baustein der elektrischen Signalleitung gebildet. Bei einer Elektronenleitung ist der Baustein beipielsweise der Leiterwerkstoff der Elektronenleitung. Bei der Elektrolyse wird ein Elektrodenpotential angelegt, das die Elektronenübertragung ermöglicht. Das Elektrodenpotential richtet sich nach einem Oxidations- bzw. Reduktionspotential des Ausgangsstoffs in dem Medium und nach dem Leitermaterial, aus dem die Elektrode besteht. Durch Elektrolyse, bei der zwischen den Elektroden des Elektrodenpaares ein bestimmtes Potentialgefälle angelegt wird, kann auf elegante Weise dafür gesorgt werden, daß der Ausgangsstoff zu einer der Elektroden bewegt und dort gerichtet entlang des Potentialgefälles zwischen den Elektroden abgeschieden wird.

In einer besonderen Ausgestaltung wird ein Medium mit einem Salz des ionischen Ausgangsstoffs verwendet. Ein Salz zeichnet sich dadurch aus, daß zum ionischen Ausgangsstoff ein Gegenion vorhanden ist. Das Salz kann dabei in einem oben beschriebenen Elektrolyten gelöst sein. Das Salz kann aber auch selbst den Elektrolyten bilden und in pasteuser Form, als Gel und/oder als Schmelze vorliegen.

In einer besonderen Ausgestaltung wird ein metallionischer Ausgangsstoff verwendet. Der metallionische Ausgangsstoff ist ein Metallion. Das Abscheiden des Metallions findet dabei durch Reduktion des Metallions zum entsprechenden Metall statt. Voraussetzung hierfür ist, daß an der Elektrode, an der die Reduktion stattfindet (Kathode), ein für die Reduktion notwendiges Elektrodenpotential anliegt. Als metallionischer Ausgangsstoff ist insbesondere ein Gold(Au³⁺)- Kupfer(Cu²⁺)- oder Silberion(Ag⁺) geeignet. Für die Elektrolyse ist insbesondere ein Metallsalz der Metallionen wie Goldchlorid (AgCl₃) Kupfersulfat(CuSO₄) oder Silbernitrat(AgNO₃) geeignet. Aus diesen Metallsalzen können in einem wäßrigen Medium Kristalle der Metalle mit einem nadeligen und/oder blättchenförmigen Habitus abgeschieden werden. Durch einen derartigen Habitus ist ein gerichtetes Abscheiden begünstigt.

In einer besonderen Ausgestaltung wird eine Auswahl des Elektrodenpaares aus einer Mehrzahl von Elektroden durchgeführt. Eine Mehrzahl von Elektroden bedeutet, daß viele Elektroden bzw. Leiterbahnen vorliegen. Prinzipiell ist zwischen all diesen Elektroden das Herstellen und/oder Unterbrechen der elektrischen Signalleitung möglich. Durch die Auswahl wird bestimmt, zwischen welchen Elektroden eine elektrische Signalleitung hergestellt und zwischen welchen Elektroden die elektrische Signalleitung unterbrochen werden soll.

Die Auswahl des Elektrodenpaares kann dabei fest vorgegeben sein. Insbesondere ist es aber möglich, daß die Auswahl nicht fest vorgegeben ist. Die Auswahl wird aufgrund eines variablen Auswahlsignals durchgeführt. Das Auswahlsignal kann unterschiedliche (beliebige) Zustände aufweisen. In Abhängigkeit vom Zustand des Auswahlsignals werden ein oder mehrere Elektrodenpaare bestimmt. An den Elektroden der bestimmten Elektrodenpaare werden insbesondere die Elektrodenpotentiale angelegt, die dafür sorgen, daß zwischen den Elektroden elektrische Signalleitungen auf- oder abgebaut werden.

Das Auswahlsignal ist beispielsweise ein elektrisches Signal eines Meßgeräts. Dieses Meßgerät ist beispielsweise ein Photodetektor, ein Thermoelement oder ein Strommeßgerät. Das Auswahlsignal kann direkt von einem derartigen Meßgerät oder von einer dazwischen geschalteten Vorrichtung, zum Beispiel einem Verstärker, erzeugt werden. Ebenso kann das Auswahlsignal von einer elektrischen Schaltung ausgehen.

Beide Elektroden des Elektrodenpaares können durch das Auswahlsignal festgelegt werden. Möglich ist aber auch, daß eine Elektrode des Elektrodenpaares vorbestimmt ist, während die zweite Elektrode in Abhängigkeit vom Auswahlsignal festgelegt wird. Darüber hinaus ist auch denkbar, daß weitere Elektroden ausgewählt werden, die nur zum Herstellen der elektrischen Signalleitung zwischen den Elektroden des Elektrodenpaares benötigt werden (z. B. durch Aufbau eines elektrischen Feldes durch Anlegen eines Elektrodenpotentials an einer weiteren Elektrode). Ein steuernder Kontakt zu der weiteren Elektrode kann nach dem Herstellen und/oder Unterbrechen der elektrischen Signalleitung unterbrochen werden.

Die Auswahl des Elektrodenpaares führt beispielsweise dazu, daß eine elektrische Signalleitung zwischen den Elektroden eines bestimmten Elektrodenpaares hergestellt und eine weitere elektrische Signalleitung zwischen den Elektroden eines bestimmten weiteren Elektrodenpaares unterbrochen wird. Herstellen und Unterbrechen können gleichzeitig oder zeitlich nacheinanderfolgend durchgeführt werden. Es ist auch möglich, daß eine Elektrode zu mehr als einem Elektrodenpaar zu zählen ist. Beispielsweise wird die Elektrode mit mehreren Elektroden über jeweils eine elektrische Signalleitung verbunden.

Es ist auch denkbar, daß das Herstellen der elektrischen Signalleitung elektrochemisch, das Unterbrechen der weiteren elektrischen Signalleitung aber naßchemisch erfolgt. Dabei wird die elektrische Signalleitung ohne Einwirken elektrischer Energie durch eine Chemikalie aufgelöst. Ein mechanisches Entfernen der weiteren elektrischen Signalleitung ist ebenfalls möglich.

Neben dem Herstellen und dem Unterbrechen von elektrischen Signalleitungen ist es insbesondere auch möglich, daß das Auswahlsignal zu einer Modifizierung einer schon bestehenden elektrischen Signalleitung führt. Beispielsweise kann durch elektrochemisches Abscheiden ein Leiterquerschnitt einer Elektronenleitung vergrößert werden. Ein geeignetes Auswahlsignal hierfür ist beispielsweise eine Höhe eines Stromflusses durch die Elektronenleitung. Denkbar ist auch, daß eine elektrische Signalleitung eines Elektrodenpaares durch mindestens eine weitere elektrische Signalleitung verstärkt wird. Dies kann beispielsweise bei häufig benutzten elektrischen Signalleitungen nötig sein. Als Auswahlsignal hierfür kann eine Frequenz herangezogen werden, mit der die elektrische Signalleitung benutzt wird.

Nachdem die elektrische Signalleitung zwischen den Elektroden des Elektrodenpaares hergestellt und/oder unterbrochen ist, kann das Medium, der Elektrolyt und/oder der Ausgangsstoff unwirksam gemacht werden. Es kann kein elektrochemisches Formen der elektrischen Signalleitung ohne zusätzliche Maßnahme stattfinden. Die vorhandenen elektrischen Signalleitungen und damit die aus den Signalleitungen aufgebaute elektronischen Schaltung ist fixiert.

Unwirksammachen bedeutet insbesondere, daß keine Ionenleitung durch einen Elektrolyten möglich ist. Dies gelingt beispielsweise dadurch, daß das Medium mit dem Elektrolyten getrocknet wird. Vorstellbar ist auch, daß der Elektrolyt und/oder der Ausgangsstoff ausgefällt oder an eine weitere Substanz gebunden und dadurch unwirksam gemacht werden.

Zur Lösung der Aufgabe wird neben dem Verfahren zum Formen einer elektrischen Signalleitung ein elektrotechnisches Erzeugnis, aufweisend mindestens ein Elektrodenpaar mit zwei Elektroden, die an einem die Elektroden elektrisch voneinander isolierenden Trägerkörper angeordnet sind, und mindestens einer elektrischen Signalleitung zwischen den Elektroden, wobei die elektrische Signalleitung eine elektrochemische Abscheidung zumindest eines ionischen Ausgangsstoffs der elektrische Signalleitung an zumindest einer der Elektroden ist, angegeben, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper eine Vielzahl von Poren aufweist und die elektrische Signalleitung in den Poren angeordnet ist.

Die elektrochemische Abscheidung ist insbesondere eine Elektronenleitung. Die Elektronenleitung verbindet die Elektroden elektrisch derart leitend, daß zwischen den Elektroden elektrischer Strom fließen kann.

In einer besonderen Ausgestaltung weist die elektrochemische Abscheidung mindestens einen Leiterwerkstoff auf, der aus der Gruppe metallischer Leiter, Halbleiter und/oder polymerer Leiter ausgewählt ist. Der polymere Leiter ist beispielsweise ein anorganischer oder organischer Leiter. Ein organischer Leiter ist beispielsweise ein Leiterpolymer vom Poly(para­ phenylen)-Typ (LPPP) oder vom Polyacen-Typ. Möglich ist auch ein Komplex eines Halogens wie Iod mit einem organischen Polymer ((CH)_x) oder mit einem anorganischen Polymer ((SN)_x). Derartige polymere Leiter und Komplexe können jeweils einen sogenannten eindimensionalen Leiter bilden, also einen Leiter mit einer Vorzugsrichtung.

In einer besonderen Ausgestaltung weist die elektrochemische Abscheidung eine Vielzahl von Kristalliten mit einem nadeligen und/oder blättchenförmigen Habitus aufweist. Beispielsweise besteht die Signalleitung aus Gold-, Kupfer- oder Silber-Kristallen, die durch elektrochemisches Abscheiden aus Goldchlorid(AgCl₃) Kupfersulfat(CuSO₄) oder Silbernitrat(AgNO₃) gewonnen wurden.

In einer besonderen Ausgestaltung weist der metallische Leiter mindestens ein Metall auf, das aus der Gruppe Gold, Silber und/oder Kupfer ausgewählt ist. Denkbar sind auch andere Metalle wie Platin und Nickel. Vorstellbar sind darüber hinaus Legierungen der genannten Metalle.

In einer weiteren Ausgestaltung weist der Trägerkörper ein Medium auf, das den ionischen Ausgangsstoff aufweist. Der Trägerkörper ist beispielsweise ein Substrat. Die Elektroden können durch Bedampfen, Bedrucken und/oder Aufwalzen auf dem Trägerkörper aufgebracht sein. Die Elektroden können sich auf einer einzigen oder auf unterschiedlichen Seiten des Trägerkörpers befinden. Denkbar ist auch, daß ein Stapel derartiger Trägerkörper vorhanden ist. Der Stapel weist eine Stapelfolge mit sich abwechselnden Trägerschichten und Elektrodenebenen aus. Die Elektrodenebenen sind aus den Elektroden gebildet. Der Stapel ist beispielsweise so gestaltet, daß die Elektroden durch entsprechende elektrische Leitungen an eine seitlichen Oberfläche des Stapels elektrisch kontaktierbar sind.

Der Trägerkörper weist eine Vielzahl offener Poren auf. Die Poren ermöglichen das Herstellen einer elektrischen Signalleitung durch ein an sich elektrisch isolierendes Medium hindurch. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weist der Trägerkörper mindestens ein Trägermaterial auf, das aus der Gruppe Keramik und/oder polymerer Werkstoff ausgewählt ist. Besonders vorteilhaft ist eine hochporöse Keramik. Denkbar ist auch eine betonartige Gußmasse. Ein polymerer Werkstoff wie beispielsweise ein Kunststoffschaum aus Polyurethan ist ebenso vorstellbar wie ein natürlicher polymerer Werkstoff wie Cellulose oder daraus aufgebautes organisches Material. Die Poren des Trägerkörpers können isotrop bezüglich ihrer Gestalt und Größe über den Trägerkörper verteilt sein. Vorteilhaft sind die Poren aber derart anisotrop verteilt, daß eine Vorzugsrichtung zwischen den Elektroden vorhanden ist. Beispielsweise sind die Elektroden durch Poren in Form von Kanälen miteinander verbunden.

In einer besonderen Ausgestaltung ist eine Mehrzahl von Elektroden vorhanden, aus der das Elektrodenpaar ausgewählt ist. Beispielsweise befindet sich die Mehrzahl der Elektroden an oder in einem Substrat, das als Standardsubstrat verwendet werden kann. Zwischen allen Elektroden des Standardsubstrats sind elektrische Signalleitungen möglich, aber nur zwischen bestimmten Elektroden (in Abhängigkeit von einem bestimmten Auswahlsignal) tatsächlich vorhanden. Die vorhandenen Signalleitungen sind Teil einer bestimmten elektronischen Schaltung.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird das zuvor beschriebene Erzeugnis zum Herstellen einer neuronalen Schaltung verwendet. Der Begriff neuronale Schaltung ist in Anlehnung an die Biologie gewählt. Die Elektroden des elektrotechnischen Erzeugnisses sind mit einzelnen Nervenzellen (Neuronen) eines Lebewesens vergleichbar. Die Nervenzellen können sich im Gegensatz zu anderen Zellen des Lebewesens nicht teilen oder vermehren. Das Lebewesen muß mit den vorhandenen Nervenzellen das Nervensystem aufbauen oder das Nervensystem im Bedarfsfall an einen gegebenen (äußeren) Einfluß anpassen. Dazu ist das Lebewesen in der Lage, einzelne Verbindungen zwischen den Nervenzellen herzustellen oder zu unterbrechen. Auf dem Herstellen und Unterbrechen von Verbindungen zwischen Nervenzellen als Ergebnis von äußeren Einflüssen beruht ein Lernen bzw. ein Lernprozeß des Lebewesen. Dabei werden beispielsweise besonders beanspruchte Teile des Nervensystems miteinander verknüpft. Es entsteht eine neuronale Schaltung.

Die elektrische Signalleitung zwischen zwei Elektroden des Erzeugnisses entspricht einer Verbindung zwischen zwei Nervenzellen. In Abhängigkeit eines äußeren Einflusses in Form eines Auswahlsignals werden elektrische Signalleitungen zwischen bestimmten Elektroden hergestellt oder auch unterbrochen. Das Auswahlsignal ist beispielsweise eine bestimmte Potentialdifferenz zwischen zwei Elektroden. In einem derartigen Lernprozeß entsteht eine an den äußeren Einfluß angepaßte elektronische Schaltung, die als neuronale Schaltung bezeichnet wird. Ändert sich der äußere Einfluß beispielsweise durch Änderung des Zustands des Auswahlsignals, so können wiederum elektrische Signalleitungen zwischen bestimmten weiteren Elektroden hergestellt oder unterbrochen werden. Die elektronische Schaltung kann sich an sich ändernde äußere Einflüsse anpassen. Die elektronische Schaltung ist lernfähig. Damit sie lernfähig ist, wird ein elektrotechnisches Erzeugnis zur Verfügung gestellt, das zumindest für den Lernprozeß alle dafür notwendigen Bestandteile aufweist (z. B. Elektroden, Elektrolyt, ionischer Ausgangsstoff). Nach Beendigung des Lernprozesses kann die erhaltenen neuronale Schaltung fixiert werden. Das elektrotechnische Erzeugnis, das nunmehr die neuronale Schaltung aufweist, kann aber auch in einem reaktiven, also lernfähigem Zustand verbleiben.

Denkbar ist auch die Verwendung des elektronischen Erzeugnisses als Standardsubstrat. Auf diesem Standardsubstrat können die unterschiedlichsten elektronischen Bauteile wie Chips, Kondensatoren oder ähnliches aufgebracht werden. Beim Lernprozeß werden entsprechend der Bauteile unterschiedliche Ausgänge (Elektroden) des Standardsubstrats angesteuert. Es entsteht eine auf das Bauteil hin ausgerichtete neuronale Schaltung mit entsprechenden elektrischen Signalleitungen.

Zusammengefaßt ergeben sich mit der Erfindung folgende Vorteile:

• - Es kann eine elektrische Signalleitung zwischen Elektroden bedarfsgerecht hergestellt und/oder entfernt werden.
• - Es ist eine an äußere Einflüsse anpassungsfähige, leicht modifizierbare, lernfähige, elektronische Schaltung zugänglich (neuronale Schaltung). Die Schaltung stellt sich entsprechend der Einflüsse selbsttätig her oder verändert sich selbsttätig.
• - Durch die neuronale Schaltung werden Material, Zeit, und damit auch Kosten gespart.
• - Im Gegensatz zu einer neuronalen Schaltung, die durch ein Computerprogramm realisiert ist, zeichnet sich die neuronale Schaltung der vorliegenden Erfindung durch eine hohe Betriebssicherheit aus. Die neuronale Schaltung ist gegenüber Stromausfall, elektromagnetische Pulse und/oder radiaktive Bestrahlung nahezu unempfindlich, also resistent.

Anhand mehrerer Ausführungsbeispiele und der dazu gehörigen Figuren wird die Erfindung näher erläutert. Die Figuren sind schematisch und stellen keine maßstabsgetreuen Abbildungen dar.

Fig. 1a bis 1c zeigen ein elektrotechnisches Erzeugnis mit einer Mehrzahl von Elektroden in einem Querschnitt und in Aufsicht von oben und unten.

Fig. 2 zeigt ein elektrotechnisches Erzeugnis im Querschnitt mit zwei Elektrodenpaaren, die eine gemeinsame Elektrode aufweisen.

Fig. 3 zeigt eine elektrotechnisches Erzeugnis in Form eines Stapels aus Trägerschichten und Elektrodenebenen.

Fig. 4 zeigt ein elektrotechnisches Erzeugnis mit einer Unterbrechung der elektrischen Signalleitung zwischen zwei Elektroden.

Fig. 5 zeigt einen Ausschnitt eine Trägerkörpers mit einer Vielzahl von Poren.

Fig. 6a und 6b zeigen elektrochemische Abscheidungen mit nadeligem und blättchenförmigen Habitus.

Fig. 7 zeigt ein Verfahren zum Formen einer elektrischen Signalleitung.

Im folgenden wird das Herstellen eines elektrotechnischen Erzeugnis 1 zum Formen einer elektrischen Signalleitung 2 zwischen den Elektroden 31 und 32 eines Elektrodenpaares 3 des elektrotechnischen Erzeugnisses 1 beschrieben. Die Elektroden 31 und 32 des Erzeugnisses 1 weisen Graphit als Leiterwerkstoff 34 auf. Die elektrische Signalleitung 2 ist eine Elektronenleitung 21 mit dem Leiterwerkstoff 34 aus elementarem Silber. Das Formen 73 der Elektronenleitung 21 beinhaltet das Herstellen (Fig. 1a, 2 und 3) und/oder Unterbrechen (Fig. 4) der Elektronenleitung 21 und erfolgt elektrochemisch.

Beispiel 1

Zum Herstellen des elektrotechnischen Erzeugnisses 1 wird eine Al₂-SiO₂-Keramik mit einer Vielzahl von Poren 41 in Scheiben mit einer Schichtdicke von 2 mm zersägt. Eine derartige Scheibe stellt einen Trägerkörper 4 des elektrotechnischen Erzeugnisses 1 dar. Auf einer Oberseite 42 und einer der Oberseite 42 gegenüberliegenden Unterseite 43 des Trägerkörpers 4 werden Leiterbahnen 33 aufgebracht. Die Leiterbahnen 33 jeder der Seiten 42 und 43 sind zueinander parallel und zu den Leiterbahnen 33 der gegenüberliegenden Seite 43 und 42 nahezu senkrecht angeordnet.

Zum Aufbringen der Leiterbahnen 33 wird Kupferdraht mit einer Graphitaufschlämmung auf den Oberflächen 42 und 43 aufgeklebt und die Graphitaufschlämmung getrocknet. Die Kupferdrähte mit dem Graphit bilden die Mehrzahl 33 von Elektroden des elektrotechnischen Erzeugnisses 1. Durch den Trägerkörper 4 sind die Elektroden 33 elektrisch voneinander isoliert.

Nach dem Trocknen der Graphitaufschlämmung werden die Elektroden 33 mit dem Medium 5 verbunden, das den metallionischen Ausgangsstoff 51 der elektrischen Signalleitung 2 aufweist (Fig. 7, Verfahrensschritt 71 des Verfahrens 7). Dazu wird eine Lösung von 20 Gewichtsprozent des Salzes 52 AgNO₃ in Wasser so auf den Trägerkörper 4 aufgetragen, daß der Trägerkörper 4 die Lösung aufsaugt. In den Poren 41 des Trägerkörpers 4 befindet sich so das Medium 5 mit dem AgNO₃ 52 und dem Wasser. Das Medium 5 fungiert als Lieferant von Ag⁺-Ionen 51 und als Elektrolyt für das elektrochemische Abscheiden 73. Ein elektrischer Widerstand zwischen den Elektroden bzw. Leiterbahnen 33 beträgt nach dem Verbinden mit dem Medium 5 zwischen 1200 und 2000 Ω.

Zum Herstellen der elektrischen Signalleitung 2 erfolgt die Auswahl des Elektrodenpaares 3 aus der Mehrzahl 33 der Elektroden (Fig. 7, Verfahrensschritt 72). Dazu wird eine Elektrode 32 der Oberseite 42 mit einem negativen Pol 62 einer Gleichstromquelle 6 (1,5 V-Batterie) und eine Elektrode 31 der Unterseite 43 mit einem positiven Pol 61 der Gleichspannungsquelle 6 elektrisch leitend verbunden (vgl. Fig. 1a). Die Auswahl 72 erfolgt durch Anlegen der Elektrodenpotentiale an die Elektroden 31 und 32, die durch die Gleichstromquelle 6 vorgegebenen sind.

Aufgrund der Elektrodenpotentiale kommt zu einem elektrochemischen Abscheiden durch Elektrolyse (Fig. 7, Verfahrensschritt 73). Dabei wird der metallionische Ausgangsstoff Ag⁺ an der mit dem negativen Pol der Gleichstromquelle 62 verbundenen Elektrode 32 (Kathode) zu elementarem Ag reduziert. Das Abscheiden erfolgt gerichtet in Richtung der mit dem positiven Pol 61 der Gleichstromquelle 6 verbundenen Elektrode 61 (Anode). Die entstehende elektrische Signalleitung 2 ist eine elektrochemische Abscheidung in Form einer Elektronenleitung 21 mit dem Leiterwerkstoff 34 aus Silber. Die Abscheidung 21 weist Silberkristalle mit nadeligem Habitus 22 auf (Fig. 6a). Nach Beendigung der Elektrolyse besteht zwischen den Elektroden 31 und 32 des Elektrodenpaares 3 eine Elektronenleitung 21 mit einem Widerstand von etwa 30 Ω.

Beispiel 2

Im Gegensatz zu Beispiel 1 werden zwei Elektrodenpaare 3 und 30 ausgewählt, wobei eine Elektrode 31, 301 beiden Elektrodenpaaren 3 und 30 angehört. Es werden Elektronenleitungen 21 und 210 zwischen der gemeinsamen Elektrode 31, 301 der Elektrodenpaare 3 und 30 und den anderen Elektroden 32 und 302 der Elektrodenpaare 3 und 30 ausgebildet (Fig. 2).

Beispiel 3

Im Gegensatz zu den vorhergehenden Beispielen wird das Elektrodenpaar 30 nicht aus den Elektroden 33 unterschiedlicher Seiten 42 und 43 sondern aus Elektroden einer der Seiten des Trägerkörpers 4 ausgewählt (vgl. Fig. 1b). Der Widerstand der Elektronenleitung 210 nach der Elektrolyse beträgt unter gleichen Herstellungsbedingungen wie Beispiel 1 ebenfalls etwa 30 Ω.

Beispiel 4

Es werden gemäß Beispiel 1 mehrere Trägerkörper 4 mit darauf angebrachten Elektroden 33 hergestellt. Diese Trägerkörper 4 werden mit der Lösung von AgNO₃ in Wasser getränkt und übereinander zu einem Stapel 44 angeordnet, so daß sich eine Schichtfolge mit sich abwechselnden Elektrodenebenen 46 und Trägerschichten 45 ergibt (vgl. Fig. 3). Die Elektroden der Elektrodenebenen 46 sind bis an eine seitliche Oberfläche des Stapels 44 geführt. In einem Lernprozeß findet die Auswahl 72 bestimmter Elektrodenpaare 3 und 30 statt. An deren Elektroden 31, 32, 301 und 302 werden bestimmte Elektrodenpotentiale angelegt. Durch Anlegen der Elektrodenpotentiale wachsen zwischen den Elektroden 31, 32, 301 und 302 der Elektrodenpaare 3 und 30 die Elektronenleitungen 21 und 210.

Beispiel 5

Im Gegensatz zu den vorangegangenen Beispielen wird eine Elektronenleitung 21 zwischen den Elektroden 31 und 32 eines Elektrodenpaares 3 des Erzeugnisses 1 unterbrochen (vgl. Fig. 4). Dabei wird über die Elektroden 31 bzw. 32 ein Elektrodenpotential an die Elektronenleitung 21 angelegt das zur Oxidation von Ag zu Ag⁺ führt. Ag⁺ geht in dem Elektrolyten in Lösung. Die Elektronenleitung 21 wird soweit aufgelöst, bis eine Unterbrechung 24 der Elektronenleitung 21 vorhanden ist. Eine weitere Elektrode 331 des Erzeugnisses 1 fungiert für diese Art der Formung 73 der elektrischen Signalleitung 2 als Gegenelektrode.

Das beschriebene elektrotechnische Erzeugnis 1 wird zum Herstellen einer neuronalen Schaltung 10 verwendet. Das Herstellen der neuronalen Schaltung 10 erfolgt dabei in einem Lernprozeß. Durch den Lernprozeß weist das elektrotechnische Erzeugnis 1 selbst die neuronale Schaltung 10 auf.

Anwendungsbeispiel 1

Das elektrotechnische Erzeugnis 1 wird gemäß einem ersten Anwendungsbeispiel als Standardsubstrat eingesetzt. Durch ein auf dem Standardsubstrat aufgebrachtes, mit bestimmten Elektroden elektrisch verbundenes elektrisches Bauteil wird ein Lernprozeß iniziiert, der zu einer neuronalen Schaltung 10 führt. Mit Hilfe der neuronalen Schaltung 10 wird ein Ausgangssignal des Bauteils verarbeitet.

Anwendungsbeispiel 3

In einem Herstellungsprozeß werden mehrere elektronische Bausteine unterschiedlichster Art zu einer größeren elektronischen Einheit zusammengebaut. Die Bausteine sind beispielsweise ein Chip und eine Platine. Dabei wird nach Bedarf und nicht in Masse produziert, d. h. von Montagezyklus zu Montagezyklus wird unter Umständen eine unterschiedliche, größere elektronische Einheit hergestellt. Um zu vermeiden, daß die Elektroden, zwischen denen elektrische Signalleitungen hergestellt werden sollen, für jede der unterschiedlichen, größeren Einheiten festgelegt werden müssen, wird zwischen den elektronischen Baustein eine mit einem Elektrolyten getränkte Masse angeordnet. Zwischen Elektroden des Chips und Elektroden der Platine, die mit der Masse in Kontakt stehen, wird eine elektrische Spannung angelegt. Es wird die elektrische Signalleitung zwischen den Elektroden des Chips und den Elektroden der Platine durch die Masse aufgebaut. Auf diese Weise können in einem uniformen Herstellungsprozeß unterschiedliche größerer elektronische Einheiten erzeugt werden.

Claims (19)

1. Verfahren zum elektrochemischen Formen mindestens einer elektrischen Signalleitung (2) zwischen zwei durch einen Trägerkörper (4) verbundenen und elektrisch voneinander isolierten Elektroden (31, 32) mindestens eines Elektrodenpaares (3) dadurch gekennzeichnet, dass ein Trägerkörper (4) mit einer Vielzahl offener Poren (41) verwendet wird und das Formen durch die Poren des Trägerkörpers erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als elektrische Signalleitung (2) eine Elektronenleitung (21) verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Formen der elektrischen Signalleitung (2) ein Herstellen und/oder ein Unterbrechen der elektrischen Signalleitung (2) umfaßt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem zum Formen der elektrischen Signalleitung (2) eine Elektrolyse durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem das Herstellen der elektrischen Signalleitung (2) mit folgenden Verfahrensschritten durchgeführt wird:

• a) Verbinden der Elektroden (31, 32) durch ein Medium (5), das mindestens einen ionischen Ausgangsstoff (51) der elektrischen Signalleitung (2) aufweist, und
• b) elektrochemisches Abscheiden (73) des Ausgangsstoffs an zumindest einer der Elektroden, so daß die elektrische Signalleitung gebildet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem ein Medium (5) mit einem Salz (52) des ionischen Ausgangsstoffs (51) verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem ein metallionischer Ausgangsstoff (51) verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem ein metallionischer Ausgangsstoff (51) verwendet wird, der aus der Gruppe Ag⁺, Au³⁺ und/oder Cu²⁺ ausgewählt ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem eine Auswahl (72) des Elektrodenpaares (3) aus einer Mehrzahl (33) von Elektroden durchgeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Auswahl (72) aufgrund eines variablen Auswahlsignals durchgeführt wird.

11. Elektrotechnisches Erzeugnis, aufweisend
mindestens ein Elektrodenpaar (3, 30) mit zwei Elektroden (31, 32, 301, 302), die an einem die Elektroden elektrisch voneinander isolierenden Trägerkörper (4) angeordnet sind, und
mindestens einer elektrischen Signalleitung (2, 20) zwischen den Elektroden (31, 32, 301, 302), wobei
die elektrische Signalleitung (2, 20) eine elektrochemische Abscheidung (21, 210) zumindest eines ionischen Ausgangsstoffs (51) der elektrischen Signalleitung (2, 20) an zumindest einer der Elektroden (31, 32, 301, 302) ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Trägerkörper (4) eine Vielzahl von Poren (41) aufweist und
die elektrische Signalleitung (2, 20) in den Poren (41) angeordnet ist.

12. Erzeugnis nach Anspruch 11, bei dem die elektrochemische Abscheidung (21, 210) eine Elektronenleitung ist.

13. Erzeugnis nach Anspruch 11 oder 12, bei dem die elektrochemische Abscheidung (21, 210) mindestens einen Leiterwerkstoff (34) aufweist, der aus der Gruppe metallischer Leiter, Halbleiter und/oder polymerer Leiter ausgewählt ist.

14. Erzeugnis nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem die elektrochemische Abscheidung (21, 210) eine Vielzahl von Kristalliten mit einem nadeligen (22) und/oder blättchenförmigen Habitus (23) aufweist.

15. Erzeugnis nach Anspruch 13 oder 14, bei dem der metallische Leiter (34) mindestens ein Metall aufweist, das aus der Gruppe Gold, Silber und/oder Kupfer ausgewählt ist.

16. Erzeugnis nach einem der Ansprüche 11 bis 15, bei dem der Trägerkörper (4) ein Medium (5) aufweist, das den ionischen Ausgangsstoff (51) aufweist.

17. Erzeugnis nach Anspruch 16, bei dem der Trägerkörper (4) mindestens ein Trägermaterial (47) aufweist, das aus der Gruppe Keramik und/oder polymerer Werkstoff ausgewählt ist.

18. Erzeugnis nach einem der Ansprüche 11 bis 17, bei dem eine Mehrzahl (33) von Elektroden vorhanden ist, aus der das Elektrodenpaar (3, 30) ausgewählt ist.

19. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zum Herstellen einer neuronalen Schaltung (10).