DE19909319A1

DE19909319A1 - Miniature carbon article production, used as contacts in potentiometric sensors or to replace precious metal slides or switch contacts, comprises direct photolithographic processing of photosensitive polymer lacquer layers

Info

Publication number: DE19909319A1
Application number: DE19909319A
Authority: DE
Inventors: Peter Hille
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-05-13
Filing date: 1999-03-03
Publication date: 2000-04-27

Abstract

Miniature carbon article production comprises direct photolithographic processing of photosensitive polymer lacquer layers. A miniature carbon article, for electrical contact-making in tribological applications, is made by direct photolithographic processing of photosensitive polymer lacquer layers, including development of either the exposed or non-exposed portions and optional heat treatment of the remaining structure. Preferred Features: The photosensitive polymer lacquer layer is applied onto a support substrate where it is photolithographically structured, developed and cured, prior to removal from the substrate. The removed layer can be molded, cut or separated into individual functional parts and, after heat treating at 800-2200 deg C to form a modified vitreous carbon or graphite with the desired hardness and tribological properties, is handled by separating and positioning operations of the type used in semiconductor processing.

Description

Kohle in unterschiedlichsten Modifikationen und Mischungen zur Anwendung in der elektrischen Kontaktgebung ist heute weitgehend bekannt und wird z. B. durch Pressen eines direkten Gemisches Graphit - Cu - Ag wie in DE 41 25 346 A1 oder durch nachträgliches Imprägnieren eines Preßlings wie in DE 34 31 533 A1 beschrieben hergestellt.Coal in various modifications and mixtures for use in the Electrical contacting is widely known today and is used e.g. B. by Pressing a direct mixture of graphite - Cu - Ag as in DE 41 25 346 A1 or by subsequently impregnating a compact as in DE 34 31 533 A1 described.

Auch Formgebungen über Gießen und Transferspritzen zur Erzielung runder und eckiger Abmessungen sind heute bekannt. Zur Erhöhung der mechanischen Stabilität kann auch eine Laminattechnik, wie in DE 32 39 003 A1 beschrieben eingesetzt werden.Shapes over casting and transfer molding to achieve round and angular dimensions are known today. To increase mechanical stability can also use a laminate technology, as described in DE 32 39 003 A1 become.

Die elektrische Kontaktgebung erfolgt im allgemeinen mittels einer elektrisch leitenden, mechanischen Feder, die Druck auf die Kohle und damit auf einen festen oder sich bewegenden Kontakt erzeugt.The electrical contact is generally made using an electrical conductive, mechanical spring, the pressure on the coal and thus on a solid or moving contact.

Werden sich bewegende oder drehende Teile über eine Kohle kontaktiert oder wird die Kohle selber bewegt sind im allgemeinen Vorsorgen getroffen, daß beide Tribopartner in der Härte und im Abriebsverhalten angepaßt sind. Es können auch Schmierhilfen verwendet werden.Moving or rotating parts are contacted or are contacted via a coal the coal itself is generally taken precautions that both moves Tribopartners are adapted in terms of hardness and abrasion behavior. It can too Lubrication aids are used.

Die heute zur Herstellung von Kohlekontakten verwendeten Technologien beruhen auf mechanischer Herstellung durch aufwendige Maschinen; daher können zwar relativ große Teile hergestellt werden, die Technologien sind aber für eine Miniaturisierung in den Abmessungen unter 1 mm Durchmesser oder Längen verfahrenstechnisch nicht mehr geeignet.The technologies used today to make coal contacts are based on mechanical production using complex machines; therefore, although relatively large parts are made, but the technologies are for one Miniaturization in dimensions less than 1 mm in diameter or lengths procedurally no longer suitable.

Der in den Schutzansprüchen angegebenen Erfindung liegt das Problem zu Grunde, daß heute mit Kohle kontaktierte elektrische Systeme wie eine sich bewegende Kohle auf einer potentiometrischen leitfähigen Polymerlackschicht oder als Kollektor an Schaltkontakten sich nicht mehr verkleinern lassen, da der Kohlekontakt auf eine Größe von ca. 1 mm beschränkt bleibt; wird eine heute allseits gewünschte Verkleinerung der elektrischen Bauelemente durchgeführt, kann der Kohlekontakt der Verkleinerung nicht mehr folgen. Bei einer im Verhältnis zum elektrischen Bauelement zu großen Kohle verliert das Bauelement die elektrische Empfindlichkeit und somit die Funktionsfähigkeit. Daher werden heute als Kohleersatz Edelmetallegierungen als Draht oder Blech eingesetzt, die bis zu einem Durchmesser von 30-50 Mikrometer herstellbar sind.The invention specified in the protection claims is based on the problem that electrical systems contacted with coal today like moving coal on a potentiometric conductive polymer coating or as a collector Switch contacts can no longer be reduced, because the carbon contact on a Size of about 1 mm remains limited; will be one that everyone wants today Reduction of the electrical components carried out, the carbon contact Do not follow downsizing anymore. In relation to the electrical component if the coal is too large, the component loses its electrical sensitivity and thus its Functionality. Therefore today precious metals alloys are used as a carbon substitute Wire or sheet metal used up to a diameter of 30-50 microns are producible.

Erfindungsgemäß wird eine Miniaturisierung der Kohle durch Anwendung fotolithografischer Verfahren auf spezielle lichtempfindliche Polymerharzsysteme wie positive oder negative Fotoresiste erzielt, wobei nach der Strukturierung die Harzsysteme durch Wärmezuführung bis 2200°C in glasartige Kohlenstoffmodifikationen bzw. Graphite umgewandelt werden.According to the invention, miniaturization of the coal by application photolithographic process on special photosensitive polymer resin systems such as achieved positive or negative photo resists, whereby after structuring the Resin systems by applying heat up to 2200 ° C in glassy Carbon modifications or graphites are converted.

Mit der Erfindung wird erreicht, daß sich Kohlekontakte mit Abmessungen bis zu 30 Mikrometer im Durchmesser herstellen lassen und dadurch Bauelemente, die heute noch nicht miniaturisiert werden können, in Zukunft auch kleiner herstellbar sein werden.With the invention it is achieved that carbon contacts with dimensions up to 30th Have micrometers in diameter manufactured and thus components that are today cannot be miniaturized yet, but will also be able to be made smaller in the future become.

Gegenüber den heute in miniaturisierten Bauelementen eingesetzten Edelmetallschleiffedern ergibt sich eine wesentliche Kostenreduzierung durch die Kohle und zudem noch der Vorteil, daß sich Kohle gegenüber Umwelteinflüssen inert verhält, während Edelmetallkontakte an Oxydation bzw. an katalytischen Reaktionen an der Grenzfläche leiden, die die Zuverlässigkeit einschränken.Compared to those used today in miniaturized components Precious metal grinding springs result in a significant cost reduction through the Coal and also the advantage that coal is inert to environmental influences behaves while precious metal contacts on oxidation or catalytic reactions suffer at the interface that limit reliability.

Durch die unterschiedlichen Brenntemperaturen zwischen 800° und 2000°C läßt sich zudem die Härte und die Modifikation der fotolithografisch hergestellten Kohlekontakte beeinflussen und damit dem jeweiligen Reibepartner in der Härte und im Abrieb anpassen.Due to the different firing temperatures between 800 ° and 2000 ° C also the hardness and the modification of the photolithographically produced Coal contacts influence and thus the respective friction partner in hardness and adjust in abrasion.

Elektrisch wurde der hier aus Polymerlacksystemen hergestellte glasartige Kohlenstoff für die Kontaktgebung in der Vergangenheit nicht verwendet, da die elektrische Leitfähigkeit teilweise nicht ausreichend war. Auf Grund der miniaturisierten Abmessungen und der möglichen Strukturierungsmaßnahmen treten keine langen Dimensionen mehr auf, was zu einer Reduzierung des elektrischen Widerstandes führt.The glass-like material produced here from polymer coating systems became electrical Carbon used for contacting in the past since the electrical conductivity was sometimes insufficient. Due to the miniaturized dimensions and the possible structuring measures occur no longer long dimensions, resulting in a reduction in electrical Resistance leads.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Fig. 1-7 erläutert.An embodiment of the invention is explained with reference to FIGS. 1-7.

Fig. 1 zeigt eine heute handelsüblichen Kohlekontakt, z. B. an einem Kollektor. Der Kohlekontakt (1) bewegt sich auf einem Substrat (2). Der Strom aus dem Substrat (2) wird am Kontakt (3) der Kohle abgefaßt. Fig. 1 shows a commercially available coal contact, for. B. on a collector. The carbon contact ( 1 ) moves on a substrate ( 2 ). The current from the substrate ( 2 ) is tapped at the contact ( 3 ) of the coal.

Fig. 2 zeigt ein Substrat (4), das mit einer fotoempfindlichen Lackschicht (5) beschichtet wurde. Über eine Blende (6) wird die Schicht mit Licht (7) definierter Wellenlänge belichtet. Fig. 2 shows a substrate ( 4 ) which has been coated with a photosensitive lacquer layer ( 5 ). The layer is exposed to light ( 7 ) of a defined wavelength via an aperture ( 6 ).

Fig. 3 zeigt eine belichtete und danach ausgewaschene Fotopolymer- Lackschicht (5) auf dem Substrat (4). Fig. 3 shows an exposed and then washed out photopolymer coating layer ( 5 ) on the substrate ( 4 ).

Fig. 4 zeigt eine vorgehärtete und vom Substrat getrennte Fotopolymer- Lackschicht, die in Unternutzen (5a und 5b) getrennt wurde. Fig. 4 shows a pre-hardened and separated from the substrate photopolymer lacquer layer, which was separated into sub-uses ( 5 a and 5 b).

Fig. 5 zeigt Beispiele einer erfindungsgemäßen Miniaturkohle nach dem Vereinzeln mit zwei Kontaktpunkten (8) und Halteplatte in unterschiedlicher Ausführung. Fig. 5 shows examples of a miniature coal according to the invention after separating with two contact points ( 8 ) and holding plate in different designs.

Fig. 6 zeigt Fig. 5 in Seitenansicht. Fig. 6 shows Fig. 5 in side view.

Fig. 7 zeigt einen Kontaktpunkt (9) separat, der zu einer Positionierung in einer Halterung gedacht ist. Fig. 7 shows a contact point ( 9 ) separately, which is intended for positioning in a holder.

Claims

Process for the production of miniaturized carbon molded parts for electrical Contacting in tribological applications such that

1. photolithographic process directly on photosensitive polymer lacquer layers are used, depending on the application either the exposed or the unexposed areas are washed out and the remaining structure if necessary to be solidified by heat treatment,

2. the photosensitive polymer lacquer layer applied to a carrier substrate, there photolithographically structured, washed out and solidified, and then of that Substrate is separated,

3. The structured and solidified polymer separated from a carrier substrate Paint layer of a temperature treatment between 800 ° C to 2200 ° C is subjected to a modified glass carbon or graphite depending on the temperature with the desired hardness and tribological properties,

4. the polymer coating layer separated from the substrate - which according to claim 2 in pre-consolidated state a grid of benefits for each desired Shaped carbon parts - still in the "green state" by cutting or separating can be divided into functional sub-uses or preformed,

5. the total benefit according to claim 2 or already structured according to claim 4 Partial benefit after the final temperature treatment according to claim 3 semiconductor separation and positioning processes are handled,

6. This coal use as contacts in potentiometric way and Angle sensors or as a replacement for precious metal loop springs or switch contacts finds.