DE102019201348A1

DE102019201348A1 - Metallisierte Mikrostrukturen in Glasträgern

Info

Publication number: DE102019201348A1
Application number: DE102019201348.1A
Authority: DE
Inventors: Oktavia Ostermann; Bernd Rösener; Robin Krüger; Malte Schulz-Ruhtenberg
Original assignee: LPKF Laser and Electronics AG
Current assignee: LPKF Laser and Electronics AG
Priority date: 2019-02-01
Filing date: 2019-02-01
Publication date: 2020-08-06
Also published as: WO2020157154A2; WO2020157154A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Metallbahnen in Mikrostrukturen, die in einem Glasträger ausgebildet sind, durch ortsspezifische Metallisierung von Mikrostrukturen, die in einem Glasträger ausgebildet sind. Die Mikrostrukturen sind in dem Glasträger ausgebildete Ausnehmungen, die insbesondere durch Einstrahlen von Laserimpulsen an den Stellen, an denen Ausnehmungen erzeugt werden sollen, und anschließendes Ätzen der Glasträger erzeugt sind. Das Verfahren hat den Vorteil, in Glasträgern ausgebildete Mikrostrukturen selektiv zu metallisieren, so dass die Glasträger nur in Mikrostrukturen Metall aufweisen, insbesondere ohne einen Schritt des Abtragens von Metall vom Glasträger.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Metallbahnen in Mikrostrukturen, die in einem Glasträger ausgebildet sind, durch ortsspezifische Metallisierung von Mikrostrukturen, die in einem Glasträger ausgebildet sind, sowie Glasträger mit metallisierter Mikrostruktur. Die Mikrostrukturen sind in dem Glasträger ausgebildete Ausnehmungen, die insbesondere durch Einstrahlen von Laserimpulsen an den Stellen, an denen Ausnehmungen erzeugt werden sollen, und anschließendes Ätzen der Glasträger erzeugt sind. Das Verfahren hat den Vorteil, in Glasträgern ausgebildete Mikrostrukturen, die bevorzugt Ausnehmungen sind, selektiv zu metallisieren, so dass die Glasträger nur in Mikrostrukturen Metall aufweisen, insbesondere ohne einen Schritt des Abtragens von Metall vom Glasträger.
Stand der Technik
Die DE 10 2015 117 558 beschreibt das Aufrauen von Glasoberflächen mittels Laserstrahlung zur anschließenden Metallisierung, wobei an unerwünschten Stellen abgelagertes Metall anschließend entfernt wird.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung stellt sich die Aufgabe, alternative Verfahren und damit erhältliche Glasträger bereitzustellen, bei denen vorgeformte Mikrostrukturen selektiv metallisiert sind. Bevorzugt soll das Verfahren ausführbar sein, ohne aufgebrachtes Metall abzutragen und weiter bevorzugt, ohne Druck auf die Glasträger auszuüben.
Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung löst die Aufgabe mit den Merkmalen der Ansprüche und stellt insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Glasträgern bereit, die Metallleiter in Ausnehmungen aufweisen, das die Schritte

1. Bereitstellen von zumindest einem Glasträger, der Mikrostrukturen aufweist, die Ausnehmungen sind und bevorzugt zumindest eine Hinterschneidung haben, aufweist,
2. Aufbringen von Metall auf den zumindest einen Glasträger im Bereich der Ausnehmungen,
3. Erwärmen des Metallträgers mit dem im Bereich der Mikrostrukturen aufgebrachten Metall auf eine Temperatur, bei der das aufgebrachte Metall schmilzt, wobei die Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur, bevorzugt unterhalb der Erweichungstemperatur des Glasträgers liegt, und anschließendes Kühlen, um erstarrtes Metall in den Ausnehmungen zu erzeugen,
4. optional anschließendes Anlagern von Metall an dem erstarrten Metall

Generell bevorzugt weist das Verfahren keinen Schritt des Abtragens von Metall von dem Glasträger auf, da das Verfahren dazu führt, dass bevorzugt Metall ausschließlich in den Ausnehmungen des Glasträgers angeordnet ist und darin festgelegt ist, bevorzugt formschlüssig mit einer Hinterschneidung in einer Ausnehmung verbunden ist. Generell sind die Metallleiter in den Ausnehmungen des Glasträgers durchgehend bzw. unterbrechungsfrei, wobei die Ausnehmungen innerhalb der Oberfläche des Glasträgers ein Ende aufweisen können, z.B. um daran eine weitere Leitung anzuschließen. Bevorzugt geht zumindest eine Ausnehmung mit einem Metallleiter darin durch die Dicke des Glasträgers und verbindet die gegenüberliegenden Oberflächen des Glasträgers.
Das Verfahren hat den Vorteil, dass die Ausnehmungen, die die Mikrostrukturen bilden, eine Kapillarwirkung auf das in Schritt 2 aufgebrachte Metall haben und sich aufgebrachtes Metall beim Erwärmen von Schritt 3 bevorzugt in die Ausnehmungen zieht. Daher erlaubt das Verfahren das Aufbringen von Metall in den Bereich der Ausnehmungen auch auf die Oberfläche des Glasträgers neben den Ausnehmungen. Daher kann der Bereich, in dem Metall in Schritt 2 aufgebracht wird, größer als, gleich groß wie oder, bevorzugt, kleiner als der Querschnitt der Ausnehmung in der Ebene der Oberfläche des Glasträgers sein. Z.B. kann der Bereich, in dem Metall in Schritt 2 aufgebracht wird, um den Faktor von maximal 10, bevorzugter maximal 5, bevorzugter maximal 2,5, noch bevorzugter maximal 2 größer als der Querschnitt der Ausnehmung in der Ebene der Oberfläche des Glasträgers sein.
Es hat sich gezeigt, dass das Aufbringen von Metall in Schritt 2 durch die Schmelztemperatur, bei der das Metall aufgebracht wird, zur Anhaftung des Metalls auf bzw. in den Ausnehmungen führt.
In einer ersten Ausführungsform von Schritt 2 erfolgt das Aufbringen in Schritt 2 durch bereichsweises Ablösen einer Metallschicht, die auf einer für Laserstrahlung zumindest teilweise durchlässigen Unterlage aufgebracht ist. Diese Metallschicht auf der Unterlage kann z.B. durch Aufsputtern und/oder Aufdampfen erzeugt werden. Die Unterlage ist bevorzugt eine Glasplatte. Die Unterlage wird in einem Abstand oder, bevorzugt direkt auf dem Glasträger in Kontakt mit dem Glasträger angeordnet, wobei die Metallschicht dem Glasträger zugewandt ist, und der Glasträger wird von der der Metallschicht gegenüberliegenden Seite mit Laserstrahlung einer Leistung bestrahlt, die zum Ablösen der Metallschicht von der Unterlage ausreicht. Dadurch wird die Metallschicht in den von der Laserstrahlung bestrahlten Bereichen auf den Glasträger übertragen. Die Laserstrahlung wird nur auf die Bereiche der Unterlage eingestrahlt, die angrenzend an die Ausnehmungen des Glasträgers angeordnet sind. Dabei kann die Laserstrahlung nach einem Muster über die Unterlage geführt werden, das der Anordnung der Ausnehmungen im Glasträger entspricht. Dabei wird die Laserstrahlung mittels einer Steuerung, die von dem Muster der Anordnung der Ausnehmungen abhängig gesteuert ist, über die Unterlage geführt. Das Muster kann vorbestimmt sein, z.B. das gleiche sein, wie das Muster, nach dem die Ausnehmungen im Glasträger erzeugt sind, z.B. das Muster, nach dem die Laserimpulse auf den ursprünglichen Glasträger vor dem anschließenden Ätzen angeordnet sind. Alternativ kann das Muster durch Abrastern, z.B. mittels eines Scanners, des Glasträgers erzeugt sein und die Anordnung der Ausnehmungen im Glasträger wiedergeben.
Die erste Ausführungsform hat den Vorteil, dass kein Metall auf Bereiche des Glasträgers übertragen wird, die nicht Ausnehmungen sind oder dicht neben Ausnehmungen liegen, und auf der Unterlage, optional nach Abtragen verbliebener Metallschicht, erneut eine Metallschicht erzeugt werden kann.
In der ersten Ausführungsform hat sich gezeigt, dass durch die hohe Temperatur des Metalls, das durch Laserstrahlung von der Unterlage abgelöst und auf Ausnehmungen im Glasträger aufgebracht wird, eine Haftung auf des Metalls an den Ausnehmungen erreicht wird.
Die Ausnehmungen haben bevorzugt einen Öffnungswinkel zwischen ihren Seitenwänden von >0°, bevorzugt >2° oder >5°, oder die Seitenwände der Ausnehmungen sind in einem Winkel von größer oder kleiner als 90°, z.B. von zumindest 91°, zumindest 92° oder zumindest 95°, zu der Oberfläche des Glasträgers, zu der sie geöffnet sind.
In einer zweiten Ausführungsform von Schritt 2 erfolgt das Aufbringen in Schritt 2 mittels eines Druckverfahrens, mit dem eine formbare bzw. pumpfähige metallhaltige Masse in die Ausnehmungen, optional auch dicht neben die Ausnehmungen, aufgetragen wird. Geeignete Druckverfahren sind z.B. das Tintenstrahldrucken, mit die Masse als ein zielgerichteter Strahl aus einer Düse aufgebracht wird, oder das Dispenser-Druckverfahren, bei dem die Masse durch eine Pumpe oder einen Extruder durch eine Kanüle im Bereich der Ausnehmungen auf den Glasträger aufgebracht wird. Das Drucken wird bevorzugt abhängig vom Muster der Ausnehmungen gesteuert. Dabei kann die Düse bzw. Kanüle nach einem Muster über die Unterlage geführt werden, das der Anordnung der Ausnehmungen im Glasträger entspricht. Dabei wird die Düse bzw. Kanüle mittels einer Steuerung, die von dem Muster der Anordnung der Ausnehmungen abhängig gesteuert ist, über die Unterlage geführt. Das Muster kann vorbestimmt sein, z.B. das gleiche sein, wie das Muster, nach dem die Ausnehmungen im Glasträger erzeugt sind, z.B. das Muster, nach dem die Laserimpulse auf den ursprünglichen Glasträger vor dem anschließenden Ätzen angeordnet sind. Alternativ kann das Muster durch Abrastern, z.B. mittels eines Scanners, des Glasträgers erzeugt sein und die Anordnung der Ausnehmungen im Glasträger wiedergeben.
In der zweiten Ausführung wird der Glasträger mit der in den Ausnehmungen eingebrachten metallhaltigen Masse erwärmt bzw. gebrannt, um aus der Masse Metall in den Ausnehmungen zu bilden. Dabei hat sich gezeigt, dass die durch Drucken aufgetragene Masse nicht nur in die Ausnehmungen eingebracht werden muss, sondern sich beim anschließenden Erwärmen in die Ausnehmungen zieht. Dies wird auf Kapillarwirkungen der Ausnehmungen zurückgeführt. Daher kann die Auflösung des Druckverfahrens geringer sein als die Dimensionen der Ausnehmungen.
Es hat sich gezeigt, dass das Anlagern von Metall in Schritt 4 auch dann zur Herstellung eines durchgehenden Metallleiters entlang der Ausnehmungen führt, wenn in Schritt 2 das Aufbringen von Metall zu einer nicht durchgehenden bzw. einer unterbrochenen Anordnung von erstarrtem Metall in den Ausnehmungen führt, durch anschließende Anlagern von Metall in Schritt 4 eine durchgehende Leitung bzw. Leiterbahn in den Ausnehmungen gebildet wird.
Das optionale Anlagern von Metall in Schritt 4 kann galvanisch erfolgen oder chemisch in einem sogenannten außenstromlosen Bad. Bevorzugt erfolgt das Kontaktieren des in den Ausnehmungen des Glasträgers erstarrten Metalls durch galvanisches Anlagern von Metall, wobei das in Ausnehmungen erstarrte Metall elektrisch kontaktiert wird und mit Strom beaufschlagt wird, nur bis die Ausnehmungen gefüllt sind. Dabei hat sich gezeigt, dass das Anlagern von Metall an das in Ausnehmungen erstarrte Metall in einem Bad, z.B. galvanisch, optional bis zum Auffüllen der Ausnehmungen schneller verläuft als anschließend darüber hinaus, so dass dieser Schritt einfach dann abgebrochen werden kann, wenn die Ausnehmungen aufgefüllt sind, oder nach einer vorbestimmten Dauer. Es wurde festgestellt, dass das Anlagern von Metall aus einem Bad zumindest in einigen Fällen nur bis zum Auffüllen der Ausnehmungen abläuft und die Mikrostrukturen das Anlagern von Metall darüber hinaus, z.B. über die Oberfläche des Glasträgers hinaus begrenzen.
Der Glasträger, der Mikrostrukturen in Form von Ausnehmungen aufweist, wird bevorzugt erfindungsgemäß dadurch bereitgestellt, dass ein ursprünglicher Glasträger mit Laserimpulsen an den Stellen behandelt wird, an denen Ausnehmungen erzeugt werden sollen, und anschließend der Glasträger geätzt wird. Denn Laserimpulse erzeugen Modifikationen, z.B. strukturelle Veränderungen, im Glasträger, die beim anschließenden Ätzen schneller aufgelöst werden, als nicht laserbestrahlte Bereiche. Für Glasträger sind z.B. Laserimpulse mit einer Wellenlänge geeignet, bei der der Glasträger eine hohe Transmission aufweist, z.B. von 1064 nm, z.B. mit Impulslängen von maximal 100 ps oder von maximal 50 ps, bevorzugt maximal 10 ps. Die Laserquelle wird gepulst betrieben Der gepulste Laserstrahl wird abschnittsweise bzw. mit Unterbrechungen über den Glasträger bewegt. Mittels der Impulsfrequenz und Bewegungsgeschwindigkeit des Laserstrahls über den Glasträger wird der Abstand der Impulse auf dem Glasträger eingestellt. Längere Ausnehmungen, z.B. Gräben, die nur zu einer Oberfläche des Glasträgers offen sind, können durch aneinandergereihte Laserimpulse und anschließendes Ätzen erzeugt werden, da sich die Stellen, die von Laserimpulsen bestrahlt wurden, beim Ätzen zu Ausnehmungen ausdehnen, die ineinander übergehen und eine kontinuierliche Ausnehmung bilden.
Das Ätzen kann mit Flusssäure, z.B. 1 bis 20 Gew.-% und/oder Schwefelsäure und/oder Salzsäure und/oder Phosphorsäure und/oder Kaliumhydroxid erfolgen, bei z.B. 5 bis 40 °C. Die Erzeugung von Ausnehmungen, die bevorzugt durch den Glasträger hindurchgehen, durch Bestrahlen des Glasträgers mit Laserimpulsen mit anschließendem Ätzen hat den Vorteil, dass der Glasträger keine durch diese Verfahrensschritte erzeugten Risse oder Spannungen aufweist.
Der Glasträger kann flach sein und, insbesondere vor dem Bestrahlen mit Laserimpulsen und vor dem Ätzen z.B. eine Dicke von 500 bis 1000 µm, bevorzugt 100 bis 800 µm aufweisen, nach dem Ätzen z.B. eine um 50 bis 700 oder bis 200 µm geringere Dicke und durchgehende Ausnehmungen in den laserbestrahlten Bereichen. Bei Laserimpulsen können solche durchgehenden Ausnehmungen im Wesentlichen zylindrisch sein, z.B. mit geringem Winkel, z.B. von 3° bis 15° kegelförmig von der Oberfläche des Glasträgers in das Glasvolumen zulaufend.
Die Ausnehmungen weisen bevorzugt zumindest eine Hinterschneidung auf. Eine Hinterschneidung kann ein durch den Glasträger durchgehende Ausnehmung sein, so dass die eine Oberfläche die Hinterschneidung für eintretendes Glaslot bildet, das von der auf den Glasträger aufgebracht wird. Eine Hinterschneidung kann alternativ oder zusätzlich dadurch gebildet sein, dass sich die Ausnehmung innerhalb des Glasträgers verbreitert, insbesondere in Richtung auf die Oberfläche des Glasträgers verbreitert, die gegenüber der Oberfläche liegt, auf die das Glaslot aufgebracht wird. Alternativ oder zusätzlich kann eine Hinterschneidung dadurch gebildet sein, dass sich die Ausnehmung verjüngt und anschließend verbreitert, z.B. jeweils kegelförmig. Kegelförmig zulaufende Ausnehmungen, die sich von der Oberfläche in einen Glasträger erstrecken, werden durch Ätzen eines Glasträgers entlang der mit Laserimpulsen bestrahlten Stellen gebildet, da die Ätzreaktion von der Glasoberfläche entlang der bestrahlten Stellen in das Glasvolumen fortschreitet und daher nahe der Glasoberfläche eine längere Einwirkzeit hat. Da die Ätzreaktion auf alle, bzw. auf beide gegenüberliegenden Oberflächen des Glasträgers wirkt, ergibt sich ein von der Oberfläche des Glasträgers zulaufender Querschnitt, z.B. bis zu einem minimalen Querschnitt, der zwischen den Oberflächen des Glasträgers liegt und sich zur gegenüberliegenden Oberfläche verbreitert. Bevorzugte Ausnehmungen sind Schlitze oder Gräben mit V-förmigem Querschnitt, kegelförmige Durchbrechungen oder Durchbrechungen mit einem Bereich geringsten Querschnitts innerhalb des Glasträgers, auch als sanduhrförmiger Querschnitt bezeichnet.
Durch die Form der Ausnehmungen, die bevorzugt einen Bereich kleinsten Querschnitts innerhalb des Glasträgers aufweisen, auf den die Ausnehmungen von der Ebene der Oberflächen des Glasträgers zulaufen bzw. sich verjüngen, wird in den Ausnehmungen abgesetztes Metall formschlüssig festgelegt.
Die Ausnehmungen sind z.B. in einem Abstand voneinander angeordnet, der zumindest 10 %, zumindest 20 % oder zumindest 50 % oder zumindest 200 % des Durchmessers der Ausnehmung, gemessen in der Ebene einer Oberfläche des Glasträgers, beträgt. Der Abstand kann z.B. bis zum 20-Fachen oder bis zum 15-Fachen oder bis zum 10-Fachen, z.B. bis 200 % oder bis 100 % oder bis 50 % des Durchmessers der Ausnehmung, gemessen in der Ebene einer Oberfläche des Glasträgers, betragen.
Optional wird vor dem Aufbringen von Metall in Schritt 2 der Glasträger in den Ausnehmungen silanisiert, optional vollflächig einschließlich der Oberfläche silanisiert, von der sich die Ausnehmungen in den Glasträger erstrecken. Bevorzugt wird der Glasträger nach dem Auftragen eines Silans auf eine Temperatur erwärmt, bei der das Silan mit dem Glasträger reagiert. Die Silanisierung, z.B. durch Auftragen eines Silans, führt zur Erhöhung der Anhaftung des in Schritt 2 aufgebrachten Metalls, insbesondere in der zweiten Ausführungsform von Schritt 2.
Weiter optional wird vor dem Aufbringen von Metall in Schritt 2 Glasfritte in die Ausnehmungen des Glasträgers eingebracht, z.B. durch Aufrakeln, Drucken oder Sprühen, optional mit anschließendem Entfernen von Glasfritte von der Oberfläche des Glasträgers, von der sich die Ausnehmungen in den Glasträger erstrecken. Glasfritte, die ein Mischung von Glasfritten mit unterschiedlichen Schmelztemperaturen sein kann, weist zumindest für einen Anteil eine Schmelztemperatur auf, die unterhalb der Erweichungstemperatur oder unterhalb der Schmelztemperatur des Glasträgers liegt. In dieser Ausführungsform wird der Glasträger mit in den Ausnehmungen angeordneter Glasfritte auf eine Temperatur erwärmt, die unterhalb der Erweichungstemperatur oder unterhalb der Schmelztemperatur des Glasträgers und bei oder oberhalb der Schmelztemperatur zumindest eines Bestandteils der Glasfritte liegt. Nach dem zumindest teilweisen Schmelzen der Glasfritte wird der Glasträger gekühlt, um die Glasfritte erstarren zu lassen. Diese bildet eine mikroporöse Glasstruktur in den Ausnehmungen. Das anschließende Aufbringen von Metall im Bereich der Ausnehmungen führt zur formschlüssigen Verbindung des Metalls mit der mikroporöse Glasstruktur in den Ausnehmungen. Auch in dieser Ausführungsform weisen die Ausnehmungen bevorzugt zumindest eine Hinterschneidung auf, so dass die erstarrte Glasfritte formschlüssig in den Ausnehmungen festgelegt ist.
Generell wird Metall der Oxidationsstufe Null vorliegend auch als Metall bezeichnet. In metallhaltigen Zusammensetzungen, z.B. Pasten für Druckverfahren, kann Metall auch in reduzierter oder oxidierter Form vorliegen.
Die Glasträger, die mit dem Verfahren erhältlich sind, weisen bevorzugt nur in ihren Ausnehmungen Metall auf, das durchgehende Metallleiter bildet.
Die Glasträger, die bevorzugt nur in ihren Ausnehmungen Metall aufweisen, finden z.B. als Träger in der Mikrofluidik, als elektronische Bauteile, insbesondere als Träger für mikroelektronische Bauteile, die mit dem Metall in den Ausnehmungen elektrisch verbunden sind, als Elektrode, z.B. für die Elektrophorese oder für die Elektrolyse, für die digitale Mikrofluidik oder als Bestandteil von Beleuchtungseinrichtungen, z.B. als Träger für lichterzeugende Elemente, die mit dem Metall in den Ausnehmungen elektrisch verbunden sind, Verwendung.

Die 1 A bis D zeigt schematisch die Schritte des Verfahrens gemäß der ersten Ausführungsform von Schritt 2,
die 2 A bis D zeigt schematisch die Schritte des Verfahrens gemäß der zweiten Ausführungsform von Schritt 2,

Beispiel 1: Herstellen von Metallleitern in Glasträger
In einem plattenförmigen Glas von ursprünglich ca. 800 nm Dicke wurden durch Bestrahlung mit Laserimpulsen und anschließendes Ätzen mit Flusssäure Ausnehmungen mit V-förmigem Querschnitt ausgebildet, die sich über eine Länge von ca. 5 mm entlang der Oberfläche des Glases erstreckten. Auf diesen Glasträger wurde optional vollflächig Silan aufgetragen. Als Unterlage für eine Metallschicht wurde eine Glasplatte durch Abscheidung aus der Dampfphase (PVD-Verfahren) mit Gold als Metall beschichtet. Diese Unterlage wurde mit der Metallschicht auf den Glasträger gelegt. Die Unterlage wurde von der Oberfläche, die der Metallschicht gegenüberliegt, mit Laserstrahlung (1064 nm Wellenlänge, 20 ns Impulsdauer, 3 W mittlere Leistung) in den Bereichen bestrahlt, die den Ausnehmungen des Glasträgers gegenüberlagen. Die bestrahlten Bereiche wurden von der Unterlage abgelöst und wurden im Bereich der Ausnehmungen auf den Glasträger übertragen. Anschließend wurde der Glasträger erwärmt, um das Gold schmelzen zu lassen. Dabei zog sich das Gold in die Ausnehmungen. Anschließend wurde das Gold an eine Leitung angeschlossen und in einem galvanischen Bad mit Strom (Anode) beaufschlagt, um Metallionen aus dem Bad abzuscheiden. Dabei wurden die Ausnehmungen in dem Glasträger mit abgeschiedenem Metall gefüllt.
In Ausführungen, in denen die Ausnehmungen eine Hinterschneidung aufwiesen, z.B. durch den Glasträger durchgehende Ausnehmungen, wies das Metall in den Ausnehmungen einen sehr festen Verbund auf.
Beispiel 2: Herstellen von Metallleitern in Glasträger
Entsprechend Beispiel 1 wurde ein Glasträger hergestellt, in dem zusätzlich zu V-förmigen Ausnehmungen durch die Dicke des Glasträgers durchgehende Ausnehmungen, also Durchbrechungen, ausgebildet waren. Diese durchgehenden Ausnehmungen wiesen als Hinterschneidung einen Bereich geringsten Querschnitts in einem Abstand von den beidseitigen Oberflächen des Glasträgers auf.
Eine metallhaltige Flüssigkeit wurde mittels Tintenstrahldruck auf die Ausnehmungen aufgebracht. Dabei konnte die Düse des Tintenstrahldruckers entsprechend des Musters der Ausnehmungen über den Glasträger gesteuert werden. Anschließend wurde der Glasträger gebrannt, um aus der getrockneten Flüssigkeit Metall zu erzeugen. Wenn das Metall in den Ausnehmungen keine durchgehende bzw. geschlossene Bahn bildete, wurde der Glasträger zunächst in einem außenstromlosen Bad behandelt, um durch chemische Metallisierung eine durchgehende Metallbahn zu erzeugen. Anschließend konnte entsprechend Beispiel 1 weiteres Metall in einem galvanischen Bad in die Ausnehmungen abgeschieden werden.
In den Beispielen zeigte sich, dass bei chemischer oder galvanischer Abscheidung von Metall auf das in die Ausnehmungen aufgebrachte Metall im Wesentlichen nur ablief, bis die Ausnehmungen gefüllt waren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015117558 [0002]

Claims

Verfahren zur Herstellung von Metallbahnen in Mikrostrukturen, die in einem Glasträger ausgebildet sind, das die Schritte 1. Bereitstellen von zumindest einem Glasträger, der Mikrostrukturen aufweist, die Ausnehmungen sind und bevorzugt zumindest eine Hinterschneidung haben, aufweist, 2. Aufbringen von Metall auf den zumindest einen Glasträger im Bereich der Ausnehmungen, 3. Erwärmen des Metallträgers mit dem im Bereich der Mikrostrukturen aufgebrachten Metall auf eine Temperatur, bei der das aufgebrachte Metall schmilzt, wobei die Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur, bevorzugt unterhalb der Erweichungstemperatur des Glasträgers liegt, und anschließendes Kühlen, um erstarrtes Metall in den Ausnehmungen zu erzeugen, 4. optional anschließendes Anlagern von Metall an dem erstarrten Metall aufweist oder daraus besteht
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen von Metall in Schritt 2 durch bereichsweises Ablösen einer Metallschicht, die auf einer für Laserstrahlung zumindest teilweise durchlässigen Unterlage aufgebracht ist, wobei die Unterlage mit der Metallschicht direkt auf dem Glasträger angeordnet ist, mittels Laserbestrahlung der Unterlage von deren Seite, die der Metallschicht gegenüberliegt, erfolgt, wobei die Laserbestrahlung abhängig vom Muster der Ausnehmungen in dem Glasträger über die Unterlage geführt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen von Metall in Schritt 2 mittels eines Druckverfahrens erfolgt, mit dem eine pumpfähige metallhaltige Masse in die Ausnehmungen aufgebracht wird, wobei eine Düse oder Kanüle des Druckers abhängig vom Muster der Ausnehmungen in dem Glasträger über den Glasträger geführt wird, mit anschließendem erwärmen des Glasträgers auf eine Temperatur, bei der aus der aufgetragenen Masse Metall gebildet wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen einen Öffnungswinkel zwischen ihren Seitenwänden von größer 0° aufweisen.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluß an das Erzeugen erstarrten Metalls in den Ausnehmungen des Glasträgers in Schritt 3 aus einem metallhaltigen Bad Metall an das erstarrte Metall abgeschieden wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen durch Bestrahlen eines ursprünglichen Glasträgers mit Laserimpulsen an den Stellen behandelt wird, an denen Ausnehmungen erzeugt werden sollen, und anschließend der Glasträger geätzt wird, wodurch sich die Ausnehmungen in dem Glasträger ausbilden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen zumindest eine Hinterschneidung innerhalb des Volumens des Glasträgers aufweisen.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Ausnehmungen durch die Dicke des Glasträgers durchgehend ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen des Glasträgers vor dem Aufbringen von Metall in Schritt 2 silanisiert werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen von Metall in Schritt 2 in zumindest eine der Ausnehmungen des Glasträgers Glasfritte eingebracht wird, von der zumindest ein Anteil eine Schmelztemperatur aufweist, die unterhalb der Erweichungstemperatur oder unterhalb der Schmelztemperatur des Glasträgers liegt und anschließend der Glasträger mit in den Ausnehmungen angeordneter Glasfritte auf eine Temperatur erwärmt wird, die unterhalb der Erweichungstemperatur oder unterhalb der Schmelztemperatur des Glasträgers und bei oder oberhalb der Schmelztemperatur zumindest eines Bestandteils der Glasfritte liegt.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Glasträger kein Metall abgetragen wird.
Glasträger mit Ausnehmungen, in denen durchgehende Metallleiter angeordnet sind, insbesondere erhältlich nach einem Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Glasträgers keine Einwirkungen eines Abtrags von Metall aufweist.
Glasträger mit Ausnehmungen, in denen durchgehende Metallleiter angeordnet sind, insbesondere erhältlich nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Ausnehmung eine Hinterschneidung aufweist und der Metallleiter die Hinterschneidung hintergreift.
Glasträger mit Ausnehmungen, in denen durchgehende Metallleiter angeordnet sind, insbesondere erhältlich nach einem Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Ausnehmungen, in denen ein durchgehender Metallleiter angeordnet ist, durch die Dicke des Glasträgers durchgeht.
Glasträger nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einer Ausnehmung poröse Glasfritte angeordnet ist, die von dem Metallleiter umfasst wird.