DE19633675B4

DE19633675B4 - Verfahren zum Übertragen von Schichten oder Schichtsystemen auf einen sinterfähigen Schichtträger

Info

Publication number: DE19633675B4
Application number: DE19633675A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joerg Renz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1996-08-21
Filing date: 1996-08-21
Publication date: 2007-07-19
Anticipated expiration: 2016-08-22
Also published as: DE19633675A1

Abstract

Verfahren zum Übertragen von Schichten oder Schichtsystemen auf einen sinterfähigen Schichtträger, wobei mindestens eine metallische, keramische oder metallisch-keramische Schicht oder Schichtsystem auf eine flexible Trägerfolie aufgebracht und anschließend mittels dieser Trägerfolie auf den Schichtträger übertragen wird, und wobei die mit der mindestens einen Schicht oder Schichtsystem versehene Trägerfolie mittels eines Stempels auf den Schichtträger gepresst, der Stempel abgehoben und die Trägerfolie von der mindestens einen auf dem Schichtträger aufgebrachten Schicht oder Schichtsystem abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel eine Prägestruktur aufweist, so dass die mindestens eine Schicht oder Schichtsystem in den durch das Pressen erzeugten Strukturen des Schichtträgers aufgebracht wird.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Übertragen von Schichten oder Schichtsystemen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Die Übertragung von Schichten mit flexiblen Folien auf feste Substrate ist bekannt. So befindet sich beispielsweise auf handelsüblichen Abziehbildern, die als flexible Folie ausgeführt sein können, eine auf ein Substrat, zum Beispiel Geschirr, zu übertragende Farbschicht, die häufig noch durch eine zwischengelagerte Trägerschicht ergänzt ist. Mit derartigen Systemen wurden bisher jedoch nur farbgebende Schichten, nicht jedoch beispielsweise freitragende Membranen oder komplexere Schichtsysteme übertragen.

Metall-Keramikschichten werden herkömmlicherweise mittels des Siebdruckverfahrens auf Substrate aufgebracht. Dieses Verfahren eignet sich jedoch nicht zur problemlosen Herstellung freitragender Membranen. Zu diesem Zweck ist es bekannt, eine Schicht aus einem sublimierbaren Stoff, zum Beispiel Ruß, über eine Vertiefung als deren Abdeckung anzubringen, diese mit der Membran zu überdecken und anschließend beim Sintern den Füllstoff zu verbrennen, so dass auf diese Weise eine freitragende Membran über der Vertiefung hergestellt werden kann. Dieses Verfahren ist jedoch aufwendig und kostenintensiv.

Die US 3,803,708 beschreibt ein Verfahren zum Übertragen eines Widerstands mittels einer Transferfolie, bei dem der Widerstand auf die Transferfolie aufgebracht wird und die Transferfolie auf ein Substrat aufgebracht wird, wobei die Transferfolie zwischen dem Substrat und dem Widerstand angeordnet ist. Danach wird die Transferfolie durch eine Wärmebehandlung aufgelöst.

Bei der DE 195 12 813 C1 wird beschrieben, dass in einem ersten Schritt ein Metallfilm auf einen (zweiten) Träger aufgebracht. In einem weiteren Schritt wird der Metallfilm auf einen weiteren Träger, z. B. einer Keramik, übertragen. Diese Übertragung kann mit einer „Abziehbild-„ähnlichen Technik erfolgen.

In der DE 40 14 511 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Schichtsystems beschrieben, bei dem Schichten auf eine Druckunterlage aus einem festen Material wie zum Beispiel Stahl, Keramik oder Aluminium, aufgebracht werden. Das Schichtsystem wird mit einer Kunststoffpressmasse verpresst. Hierzu wird die Kunststoffpressmasse mittels eines Presswerkzeugs auf das Schichtsystem gepresst. Danach wird die Druckunterlage entfernt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, dass mittels einer flexiblen Trägerfolie metallische, keramische oder metallisch-keramische, Schichten oder komplexere, aus mehreren oder vielen Schichten zusammengesetzte Schichtsysteme auf einen Schichtträger beliebiger Art und Struktur übertragen werden können, wobei im erfindungsgemäßen Verfahren Transfer- und Prägefunktionen kombiniert werden können. Demgemäß ist es erfindungsgemäß möglich, eine Schicht oder ein Schichtsystem beispielsweise mit einem Stempel zu übertragen, wobei der Stempel Strukturen aufweist. Durch das Anpressen der mit den Schichten oder Schichtsystemen versehenen Trägerfolie mittels des Stempels werden diese übertragen und gleichzeitig eine Prägung des Schichtträgers vorgenommen, wobei die Schicht oder Schichtsysteme in der Prägestruktur aufgebracht sind. Auf diese Weise lassen sich in vorteilhafter Weise beispielsweise freitragende Membranen herstellen, die als sehr dünne gasdichte Membranen im Bereich von 10 bis 30 μm ausgeführt werden können und als Elektrolytschichten für Gassensoren, Drucksensoren (dünne Membranen für hochsensible Sensoren), Beschleunigungssensoren oder als thermisch isolierte Bereiche für Gassensoren eingesetzt werden können.

In besonders vorteilhafter Weise können insbesondere gedruckte Schichten übertragen werden, die auf der flexiblen Trägerfolie in einem einzigen Druckschritt oder mehreren aufeinander folgenden Druckschritten aufgebracht werden. Durch das Aufbringen der Schichten oder Schichtsysteme, insbesondere der Druckschichten auf die flexible Trägerfolie, ist eine Vorratshaltung, insbesondere gedruckter Schichten möglich, die erst bei Bedarf oder nach Funktionsprüfung auf das eigentliche Substrat übertragen werden.

Da auch komplexere Schichtsysteme (zum Beispiel Heizleitersysteme für planare Gassensoren) mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens übertragen werden können, ist es besonders wünschenswert und in vorteilhafter Weise durch die Erfindung ermöglicht, diese Schichtsysteme vor dem Übertrag verschiedenen Prüfungen, beispielsweise technischer und optischer Art, zu unterziehen, so dass nur getestete und für geeignet erkannte Schichtsysteme übertragen werden und geringe Ausschußkosten entstehen. Durch die Möglichkeit vorgefertigte Schichtsysteme zu erzeugen und zwischenlagern zu können, wird auch die Herstellung von Mustern, zum Beispiel zum Testen neuer Schichten oder Schichtsysteme, erheblicht vereinfacht. In vorteilhafter Weise sieht die Erfindung auch vor, dass flexible Trägerfolien verwendet werden, die dimensionsstabil sind. Auf diese Trägerfolien werden dann komplette Schichtsysteme aufgebaut und in einem Arbeitsschritt auf das Substrat übertragen. Dadurch kann erreicht werden, dass üblicherweise auftretende Passerprobleme aufgrund von Materialverzug beispielsweise beim Trocknungsvorgang keramischer Folien nicht mehr vorkommen können. Schließlich wird es durchd das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht, auf das Einpressen beziehungsweise Vergraben von Schichtsystemen zu verzichten, da diese mittels der flexiblen Trägerfolie erhaben übertragen werden und der Schichtaufbau erhalten bleibt. Die Schichtdicken werden dabei nicht verändert.

Zeichnungen

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 den schematischen Ablauf des Verfahrens in Form eines Flußdiagramms,

2 das Übertragen von Druckschichten mittels einer flexiblen Trägerfolie auf einen Schichtträger.

Ausführungsbeispiel
Auf eine für den jeweiligen Anwendungszweck geeignete flexible Trägerfolie wird zunächst eine Trennschicht aufgegeben (Verfahrensschritt 101), und zwar auf der Seite, auf der die Schichten auf gebracht werden sollen. Dieser Schritt ist für das Verfahren nicht obligatorisch, erleichtert jedoch später den Übertrag der gedruckten Schichten von der Trägerfolie auf den Schichtträger. Die Trennschicht kann als sogenannter Folienbinder aus keramischen Materialien, Bindemitteln und Lösungsmitteln ausgeführt sein. Die flexible Trägerfolie kann je nach Anwendungszweck unterschiedliche Dicken aufweisen, wobei besonders bevorzugt eine Dicke von 0,5 mm ist. Nach dem Auftragen der Trennschicht wird die Trägerfolie mittels des Siebdruckverfahrens bedruckt (Verfahrensschritt 102). Die Druckschritte müssen aufgrund des später vorgesehenen Transfers auf den Schichtträger und der damit verbundenen Schichteninversion in umgekehrter Reihenfolge aufgebracht werden. Die aufzutragenden Schichten können aus Metall, Keramik, Glas oder Gemischen dieser Stoffe bestehen, wobei sich je nach Zusammensetzung und Art des Auftrags Leiterschichten, dotierte Schichten, gasdichte Schichten und komplette Schichtsysteme wie beispielsweise Heizersysteme für planare Sonden sowie auch dünnste keramische Folien (zum Beispiel gasdichte Zirkondioxidfolien) herstellen lassen. Nach dem Auftragen der Schichten oder Schichtsysteme werden diese vorzugsweise mit einer Haftvermittlungsschicht überdeckt (Verfahrensschritt 103). Die Zusammensetzung der Haftvermittlungsschicht entspricht der der Trennschicht und dient dazu, das Haften der zu übertragenden Schichten oder Schichtsysteme auf dem Schichtträger zu verbessern. Die mit den Schichten oder Schichtsystemen versehene Trägerfolie wird nun beispielsweise mittels einer Stempel aufweisenden Laminierpresse auf den Schichtträger gepreßt. Der die Trägerfolie auf den Schichtträger pressende Stempel kann vorzugsweise Prägungen aufweisen, die zu einer entsprechenden Strukturierung der mit den Schichten oder Schichtsystemen versehenen Oberfläche des Schichtträgers führt. Der Preßvorgang findet vorzugsweise bei 60°C bis 100°C insbesondere bei 80°C und bei einem Druck für eine Zeit von beispielsweise 5 Min. statt (Verfahrensschritt 104). Anschließend werden Schichtträger und Trägerfolie aus der Presse entnommen (Verfahrensschritt 105) und die Trägerfolie von dem Schichtträger abgezogen (Verfahrensschritt 106). Die zwischen Trägerfolie und Schichten beziehungsweise Schichtsystemen vorhandene Trennschicht ermöglicht das besonders einfache Abtrennen der Trägerfolie von dem nun beschichteten Schichtträger, wobei gleichzeitig die Schichten beziehungsweise Schichtsysteme durch die Haftvermittlungsschicht besonders gut auf dem Schichtträger haften bleiben.
Die 2 verdeutlicht schematisch im Querschnitt das erfindungsgemäße Aufbringen einer Trägerfolie auf einen Schichtträger. Der Schichtträger 2 ist hier zweilagig ausgeführt und umfaßt die Substratlagen 4 und 6 (Grundfolie/Laminat), wobei die Lage 6 einen Hohlraum 8 aufweist. Auf den Schichtträger 2 wird unter erhöhtem Druck und Temperatur die mit der zu übertragenden keramischen Schicht oder Schichtsystem 10 versehene Trägerfolie (Trägermaterial) 12 aufgebracht. Anschließend wird die Trägerfolie 12 von dem die keramische Schicht 10 aufweisenden Schichtträger 2 abgezogen. Zum leichteren Abtrennen der Trägerfolie 12 von der Schicht 10 kann eine zwischen diesen beiden Schichten vorgese hene Trennschicht dienen. Der Schichtträger 2 ist als Al₂O₃ oder ZrO₂-Folie ausgeführt. Die Trägerschicht 2 kann grün oder gesintert vorliegen. Die flexible Trägerfolie 12 ist als Kunststoffolie ausgeführt und weist eine Dicke von 0,1 bis 20 mm auf.

Claims

Verfahren zum Übertragen von Schichten oder Schichtsystemen auf einen sinterfähigen Schichtträger, wobei mindestens eine metallische, keramische oder metallisch-keramische Schicht oder Schichtsystem auf eine flexible Trägerfolie aufgebracht und anschließend mittels dieser Trägerfolie auf den Schichtträger übertragen wird, und wobei die mit der mindestens einen Schicht oder Schichtsystem versehene Trägerfolie mittels eines Stempels auf den Schichtträger gepresst, der Stempel abgehoben und die Trägerfolie von der mindestens einen auf dem Schichtträger aufgebrachten Schicht oder Schichtsystem abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel eine Prägestruktur aufweist, so dass die mindestens eine Schicht oder Schichtsystem in den durch das Pressen erzeugten Strukturen des Schichtträgers aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Pressen unter Erhitzung, vorzugsweise bei einer Temperatur von 60 Grad Celsius bis 100 Grad Celsius, durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen der Schicht oder des Schichtsystems die Trägerfolie auf der der Schicht oder dem Schichtsystem zugeordneten Seite mit einer Trennschicht versehen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufbringen der Schicht oder des Schichtsystems deren Oberfläche mit einer Haftvermittlungsschicht versehen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlungsschicht und/oder die Trennschicht ein Folienbinder ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtträger eine Folie, vorzugsweise eine keramische Folie, ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtträger eine Al₂O₃- oder ZrO₂-Folie ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Trägerfolie eine Kunststofffolie, vorzugsweise mit einer Dicke von 0,1 bis 20 mm, ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Trägerfolie bedruckt wird und anschließend Druckschichten übertragen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Membranen, insbesondere mit Beschichtungen, beispielsweise Piezowiderstände, übertragen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Schichtsysteme, insbesondere Heizersysteme für planare Lambda-Sonden, übertragen werden.