DE19726489C1 - Verfahren zur Herstellung einer mechanischen Verbindung zwischen einem dünnen metallischen Draht und einem Glaskörper - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer mechanischen Verbindung zwischen einem dünnen metallischen Draht und einem GlaskörperInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die Verbindungstechnik bzw ein Verfahren zum Herstellen
einer mechanischen Verbindung zwischen einem dünnen metallischen Draht
mit einem Glaskörper, gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Das Feld der Erfindung ist im wesentlichen in der Mikroelektronik und in der
Mikromechanik zu suchen. Bei der Verbindung von metallischen Elementen mit
Glas oder Glaskeramikkörpern werden oftmals Klebeverbindungen verwendet.
Ebenfalls bekannt ist es, auf Glas oder Keramiken zunächst einen Metallfilm
abzuscheiden, und danach mit dem metallischen Element, beispielweise einem
Draht durch Bonden oder Löten zu verbinden. Weist das Substrat auch noch
eine hinreichende Leitfähigkeit auf, wie dies bei Halbleitern der Fall ist, dann
werden sogenannte anodische Bondverfahren angewendet.
Bei Verfahren dieser Art muß die Kontaktstelle zwischen Substrat und
metallischem Element frei zugänglich sein.
Die genannten Verfahren sind entweder nicht dazu geeignet metallische
Elemente direkt mit Glaskörpern zu verbinden, oder ein direktes Bonden mit
Glas ist grundsätzlich nicht möglich.
Außerdem ist durch die US 4 782 209 bekannt mit Hilfe eines Laserstrahles
eine mechanische Verbindung zwischen einem elektrischen Element und
einem Glaskörper herzustellen, indem der Laserstrahl durch den Glaskörper
hindurch auf eine metallische, mit dem Glaskörper verbundene Hilfsschicht
gerichtet wird, die den Laserstrahl absorbiert und mit dem metallsichen Element
verschweißt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit
dem eine direkte Verbindung eines Drahtes mit Glas oder glasähnlichen
Stoffen auch an unzugänglichen Stellen möglich ist. Eine solche Verbindung
soll dabei eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen.
Die gestellte Aufgabe ist bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art
erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1
gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen angegeben.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß das Substrat aus einem Glas
besteht, das in demjenigen Wellenlängenbereich transparent ist, in welchem
der Laser seine wesentliche bzw die zum Bonden verwendete Energie emittiert.
Unter dieser Voraussetzung wird das Bonden durch den Substratkörper Glas
hindurch vorgenommen.
In Anwendung dieses erfindungsgemäßen Verfahrens wird mit Hilfe eines
Lasers ein Draht in einem Loch eines Glassubstrates direkt angebondet, der
mit seinem Endabschnitt völlig im Loch des Substrates versteckt ist. Als
Substratmaterial wird Glas verwendet, welches im Wellenlängenbereich
maximaler Energie des Laserstrahles transparent ist. Dieses weist dabei
ebenfalls die mechanischen Eigenschaften auf, die an die jeweilige
Einsatzaufgabe gestellt sind.
In das Glas ist ein Loch hineingeätzt, in welchem ein Draht zu befestigen ist.
Dies ist eine in der Mikromechanik oft wiederkehrende Aufgabe, weil so
Bauteile geschaffen werden, die z. B. eine Drehaufhängung benötigen.
Nach Einschieben des metallischen Drahtes in das oben genannte Loch im
Glaskörper wird der Laser seitlich an den Glaskörper angesetzt, derart daß der
Laserschuß weitestgehend senkrecht zum Draht durch den Glaskörper
hindurch den Draht erreicht. Der Laserstrahl erhitzt diesen bis zumindest ein
kleiner Teil des Drahtes verdampft. Der Niederschlag dieses Metalldampfes im
Loch des Glaskörpers führt zu einer sich zusätzlich einstellenden Absorption
des Laserstrahls an der Grenzfläche bzw an der Innenoberfläche des Loches.
Dies wiederum führt zu einer lokal erzeugten Erhitzung des Glases in diesem
Bereich, also einer lokalen Glasschmelze. Demzufolge verschmelzen sodann
Draht und Glas miteinander.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher
beschrieben.
Der Glaskörper 1 weist zentral ein Durchgangsloch 3 auf. Durch dieses
Durchgangsloch ist ein Draht, vorzugsweise ein Platindraht, hindurchgesteckt.
Der hier nicht dargestellte Laser wird seitlich so angesetzt, daß der Laserschuß
bzw der Laserstrahl 4 den Glaskörper seitlich durchläuft und senkrecht zur
Längsachse des Drahtes auf den Drahtendabschnitt trifft. Diese Laserposition
wird deshalb so gewählt, damit der Laserstrahl einen möglichst kurzen Weg
durch den Glaskörper hat, und demzufolge die Verluste durch materialbedingte
Streuung des Laserstrahles vermindert werden.
Der Laserstrahl 4 durchläuft den Glaskörper 1 weitgehend ungehindert, und
trifft dann auf den eingesteckten Drahtendabschnitt 2, der durch Absorption der
Laserstrahlung erhitzt wird. Dadurch wird ein Teil des Drahtes zumindest
oberflächlich verdampft. Der Metalldampf schlägt sich sodann auf der
Innenwandung des Durchgangsloches 3 nieder. Dieser Niederschlag absorbiert
einen Teil der Laserstrahlung im Bereich der Innenwandung des
Durchgangsloches und erhitzt diesen Bereich. Das Glas schmilzt lokal und
verschmilzt mit dem Drahtendabschnitt 2.
Vorzugsweise werden die Dimensionen von Draht und Durchgangsloch so
aufeinander abgestimmt, daß der Durchmesser des Durchgangsloches 20%-
50% größer ist als der des Drahtes. Bei diesen Parametern wird erreicht, daß
der Drahtendabschnitt 2 von der ihn umgebenden Glasschmelze perfekt
eingeschlossen wird, und so eine dauerhafte Verbindung geschaffen wird.
Die erfindungsgemäße Art der Metall/Glas-Verschmelzung ist schnell
herzustellen, sehr zuverlässig und dauerhaft. Außerdem arbeitet dieses
Verfahren völlig berührungslos.
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung einer mechanischen Verbindung zwischen
einem Draht und einem Glaskörper, insbesondere zur Herstellung eines mit
Drehaufhängung versehenen Glaskörpers,
dadurch gekennzeichnet,
daß in den Glaskörper ein Loch eingebracht wird,
daß in das Loch der Endabschnitt eines metallischen Drahtes eingeführt wird, und daß die Laserstrahlbeautschlagung senkrecht zum eingeführten Drahtende durch den Glaskörper hindurch so vorgenommen wird, daß der Glaskörper mit dem Drahtendabschnitt lokal verschmilzt.
daß in den Glaskörper ein Loch eingebracht wird,
daß in das Loch der Endabschnitt eines metallischen Drahtes eingeführt wird, und daß die Laserstrahlbeautschlagung senkrecht zum eingeführten Drahtende durch den Glaskörper hindurch so vorgenommen wird, daß der Glaskörper mit dem Drahtendabschnitt lokal verschmilzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
daß der Glaskörper hinsichtlich seiner optischen Transparenz so gewählt
wird, daß er im Wellenlängenbereich hoher thermischer Effizienz eines zum
Bonden verwendeten Lasers transparent ist, und daß der Laserstrahl zum
Bonden durch den Glaskörper hindurch senkrecht auf den Drahtendabschnitt
gerichtet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bestrahlungsdauer des Lasers so eingestellt wird, daß zuerst ein
Teil des Drahtendabschnittes verdampft, daß der erzeugte Dampf sich
auf der entsprechenden Glaskörperfläche niederschlägt, und durch den
Niederschlag auf der Glaskörperfläche eine Streuung und Absorption des
Laserstrahles im Bereich dieses Niederschlages erzeugt wird, durch die der
Glaskörper mit dem Drahtendabschnitt lokal verschmilzt.
4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Loch in den Glaskörper durch Ätzen eingebracht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4
dadurch gekennzeichnet,
daß der Durchmesser des Loches etwa 20%-50% größer ist als der des
Drahtes.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Glaskörper aus fotostrukturierbarem Glas besteht.
Priority Applications (2)
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GB9813331A GB2326366A (en) | 1997-06-21 | 1998-06-19 | Connecting a metallic member to a vitreous body |
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- 1998-06-19 GB GB9813331A patent/GB2326366A/en not_active Withdrawn
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GB2326366A (en) | 1998-12-23 |
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