DE4401612A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung elektrisch leitender Bereiche auf Metallverbindungen enthaltenden isolierenden Keramikwerkstücken - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung elektrisch leitender Bereiche auf Metallverbindungen enthaltenden isolierenden Keramikwerkstücken

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung elektrisch leitender Bereiche in bzw. auf Werkstücken aus wenigstens eine Metallverbindung enthaltendem, isolierendem Keramikmaterial durch zumindest teilweise, vorzugsweise vollständige Umwandlung der Metallverbindung(en) in Metall in den betreffenden Bereichen.
Es sind bereits Hybridbausteine bekannt, welche einen aus Isoliermaterial bestehenden plattenartigen Grundkörper und durch Siebdruck aufgebrachte Leiterbahnen tragen. Durch das Siebdruckverfahren bedingt kann jedoch der Querschnitt der Leiterbahnen nicht unter einen bestimmten Betrag abgesenkt werden, obwohl dies vom Standpunkt der zu verarbeitenden Ströme durchaus möglich wäre. Beim Hybridbaustein müssen die auf zubringenden Bauelemente und Komponenten nach dem Bestücken fixiert werden, um in dieser Form zu einem weiteren Arbeitsgang, dem Lötvorgang transportiert zu werden.
Bei einem bekannten Verfahren zur Erzeugung elektrisch leitender Bereiche in bzw. auf Werkstücken aus wenigstens eine Metallverbindung enthaltendem, isolierendem Keramikmaterial (DE-OS 43 42 258) ist vorgesehen, daß in den betreffenden Bereichen die Metallverbindungen zumindest teilweise in Metall umgewandelt werden. Auf diese Weise sollen sowohl auf als auch in der Keramik metallische und insbesondere auch metallisch leitende Bereiche mit geringem Aufwand herstellbar sein, wobei die Festigkeit des Keramikmaterials nicht beeinträchtigt werden soll. Das in den Metallverbindungen der Keramik enthaltende Metall wird also durch chemische und/oder thermische Prozesse freigesetzt, wobei metallische Bereiche geschaffen werden, ohne daß die Molekülstruktur des Keramikmaterials verändert wird.
Durch die vorbekannte Remetallisierung der Metallverbindungen der Keramik lassen sich also metallische Phasen im keramischen Gefüge selbst erzeugen. Als Metallverbindungen können dabei sowohl Metalloxide, z. B. Al₂O₃ als auch nicht oxidische Metallverbindungen, wie z. B. Si₃N₄ oder Aluminiumnitrit (AlN), das Keramikmaterial bilden bzw. in ihm vorgesehen sein. Durch eine spezielle Verteilung der metallischen Phasen im keramischen Gefüge sowie durch das Verhältnis metallischer und nicht metallischer Gefügeanteile in dem fertigen Werkstück, also durch die Graduierung der Metallisierung der Gefügeteile oder der Keramikpartikel läßt sich eine Keramiksubstanz schaffen, deren Beschaffenheit physikalisch beeinflußbar ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren zu verbessern und insbesondere eine lokal eng begrenzte Remetallisierung der Keramikoberfläche zu gestatten. Weiter will die Erfindung eine Vorrichtung schaffen, die eine gezielte und graduierte lokal eng begrenzte Remetallisierung der Oberfläche des Metallverbindungen enthaltenden Keramikwerkstückes zuläßt und vor allem die Realisierung unterschiedlichster elektrischer und elektronischer Funktionen an einem als Keramikwerkstück ausgebildeten Bauteil ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale der kennzeichnenden Teile der Ansprüche 1 und 21 vorgesehen.
Der Erfindungsgedanke ist also darin zu sehen, daß die Energiezufuhr zur Werkstückoberfläche, welche durch Erhitzung und chemische Reaktionen, wie Reduktion, die Umwandlung der Metallverbindungen enthaltenden Keramik in Metall hervorruft, eng lokalisiert wird, derart, daß z. B. durch kontinuierliche Veränderung des Ortes der lokalisierten, insbesondere punktförmigen Energiezufuhr schmale Leiterbahnen gezielt auf der Oberfläche der Keramik erzeugt werden können. Die verwendeten Heizvorrichtungen gestatten es insbesondere, hohe Energien quasi punktförmig auf bestimmte Oberflächenbereiche des Keramikwerkstückes aufzubringen und so eine punktuelle Remetallisierung zu realisieren, die durch stetige Veränderung des Ortes der konzentrierten Energiezufuhr zu einer linien- und auch flächenförmigen Struktur erweitert werden kann und vorzugsweise auch wird.
Indem die Heizvorrichtung vorzugsweise parallel zur Werkstückoberfläche bewegt wird, können beliebig geformte und ausgedehnte metallisierte Bahnen mit unterschiedlichen elektrischen und/oder elektronischen Funktionen erstellt werden, ohne daß das Gefüge des Keramikkörpers verändert wird. Die elektrisch mehr oder weniger leitenden Bahnen auf der Keramikwerkstückoberfläche bilden also einen integrierenden Bestandteil des Keramikkörpers selbst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet.
Die Verwendung eines Lasers nach den Ansprüchen 2 bis 5 ist besonders bevorzugt, weil hierdurch besonders intensive punktuelle Energiekonzentrationen möglich sind. Bei Verwendung unterschiedlicher Laser können zusätzlich durch unterschiedliche Wellenlängen optimale Absorptionsverhältnisse geschaffen werden. Besonders vorteilhaft ist die Regelung des bzw. der Laser über das vom Sensor gelieferte Signal.
Eine besonders einfach zu realisierende Ausführungsform kennzeichnen die Ansprüche 6 und 7.
Die Erzeugung einer konzentrierten Energiezufuhr mittels Reibung nach den Ansprüchen 8 und 9 stellt ebenfalls eine sehr einfach realisierbare Möglichkeit der konzentrierten Energiezufuhr dar.
Die Erzeugung der konzentrierten Energiezufuhr gemäß den Ansprüchen 10 bis 12 bringt den besonderen Vorteil mit sich, daß durch Andruck, Frequenz und Schallenergie eine besonders gute Regelung bzw. Steuerung der konzentrierten Energiezufuhr möglich ist. Zur Regelung kann die Änderung der Schallkopplung von Keramik zu entstehender Metalloberfläche herangezogen werden, welche durch einen Sensor festgestellt werden kann.
Bevorzugt wird die mechanische Energieeinbringung mittels Ultraschall nur auf die Fügevorgänge und auf die Legierungsbildung beschränkt.
Die Verwendung eines Mikrolichtbogens gemäß Anspruch 13 erlaubt eine Beeinflussung des Remetallisierungsergebnisses durch unterschiedliche Plasmazustände, z. B. Hochdruck- oder Niederdruckplasma. Auch die Atmosphäre des Plasmas kann gezielt verändert werden.
Besonders vorteilhaft ist die Ausführungsform nach Anspruch 14, weil hierdurch die metallischen Eigenschaften der remetallisierten Keramikoberfläche gezielt verändert werden können und eine stärkere Metallisierung erzeugt werden kann, als durch die Remetallisierung allein. Gleichwohl werden auch die bei der Remetallisierung aufgeschmolzenen zusätzlich zugegebenen Metallpartikel weitgehend in die Gitterstruktur des Keramikmaterials eingebaut bzw. an sie angekoppelt.
Eine besondere Bedeutung kommt der Verbindung von Metallteile enthaltenden Verbindungskörpern und den remetallisierten Bereichen der Keramikoberfläche zu, wie das im Anspruch 15 angegeben ist. Im Gegensatz zum Weichlöten ergeben sich hierdurch verschiedene Vorteile. Es wird zum einen eine temperaturresistente Verbindung hergestellt. Ein Zusatzwerkstoff in Form von Lot ist nicht erforderlich. Der Fügevorgang ist integraler Bestandteil des Herstellungsprozesses. Eine Wärmebeanspruchung der Komponenten entfällt. Remetallisierung und Verbindung an der betreffenden Stelle können in einem einzigen Arbeitsgang verwirklicht werden, was eine erhebliche Zeitersparnis bedeutet.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung eines als plattenartiges Schaltungsbauteil ausgebildeten Werkstückes entfällt ein flächenintensives Layout für Lötstellen. Es müssen auch keine Lotdepots (Paste) aufgebracht werden.
Die Verbindungskörper können z. B. aus Isoliermaterial bestehen, in welchem verschiedene metallische Leiterbahnen vorgesehen sind, die in metallischen Kontakten münden. An der Verbindung der metallischen Kontakte zum remetallisierten Material werden durch die Heizvorrichtung, z. B. den Laser, die Partner zu einer Schmelzverbindung (Schweißung) gebracht.
Ein wichtiger Aspekt der Erfindung ist im Anspruch 16 definiert. Im Gegensatz zur ASIC-Technik, die sich im wesentlichen auf aktive Funktionen bezieht (Transistor- und IC-Funktionen), werden erfindungsgemäß bevorzugt passive Funktionen auf der Oberfläche des Keramikwerkstückes verwirklicht. Besonders vorteilhaft ist es, wenn ASICs und ICs mit erfindungsgemäß remetallisierten Keramikwerkstücken zusammengebaut werden. In besonders vorteilhafter Weise können die an ICs und ASICs vorhandenen Metallkontakte erfindungsgemäß bei der während der Remetallisierung erfolgenden Erhitzung mit den remetallisierten Bereichen der Keramikwerkstückoberfläche in eine Schmelzverbindung gebracht werden.
Vorteilhafte Systeme zur Bildung von Widerständen sind Anspruch 17 zu entnehmen.
Wenn auch die Verbindung metallischer Partner mit metallisierten Bereichen ohne Zusatzmetalle möglich ist, so kann die Art und Güte der Verbindung doch durch die Maßnahmen nach Anspruch 18 in günstigem Sinne beeinflußt werden.
Eine reaktive Atmosphäre im Bereich der konzentrierten Energiezufuhr kann nach Anspruch 19 den Remetallisierungsprozeß gesteuert beeinflussen. Beispiele für derartige Atmosphären sind in Anspruch 20 angegeben.
Die in den Ansprüchen 21 bis 24 gekennzeichneten Vorrichtungen zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignen sich in besonderem Maße zur exakt gesteuerten und eng lokalisierten Energiezufuhr auf die Oberfläche der Keramikwerkstücke zwecks Remetallisierung in einem gewünschten Ausmaß.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt
Fig. 1 eine schematische teilweise geschnittene Seitenansicht eines Metallverbindungen enthaltenden Keramikwerkstücks, dessen Oberfläche mittels verschiedener Heizvorrichtungen gemäß der Erfindung remetallisiert wird,
Fig. 2 eine Mikro-Lichtbogenvorrichtung als Heizvorrichtung in Anordnung oberhalb eines Keramikwerkstückes,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäß mit leitenden Bahnen und Bauelementen bestückten, plattenförmigen Keramikwerkstückes,
Fig. 4 eine Teilschnittansicht eines erfindungsgemäßen Keramikwerkstücks im Bereich der Verbindung eines aufgebrachten Metallverbindungskörpers mit einem remetallisierten Bereich und
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht ähnlich Fig. 3 eines plattenförmigen Keramikwerkstücks gemäß der Erfindung mit darauf aufgebrachten Leiterbahnen und zwei darüber angeordneten Heizvorrichtungen, welche für die Herstellung der Leiterbahnen verwendet werden können.
Gleiche Bezugszahlen in den verschiedenen Figuren bezeichnen entsprechende Bauteile.
Nach Fig. 1 ist ein durch Hitze und eine reaktive Atmosphäre remetallisierbares, Metallverbindungen enthaltendes Keramikwerkstück 12 in einem Behältern angeordnet und auf der Oberfläche 35 mit einer reaktiven Fluidatmosphäre 33 versehen, bei der es sich z. B. um ein reduzierendes Gas handeln kann.
Nach einer ersten Ausführungsform ist oberhalb der Oberfläche 35 ein Laser 13 angeordnet, welcher einen scharf gebündelten Licht- oder Infrarotstrahl 32 zur Oberfläche 35 aussendet und um senkrecht aufeinander stehende Achsen 41 bzw. 42 derart schwenkbar ist, daß der Lichtstrahl 32 jeden gewünschten Bereich der Oberfläche 35 erreichen kann. Der Laser 13 ist an ein Netzgerät 43 angeschlossen, welches über eine Steuerleitung 44 von einem Mikroprozessor 11 so gesteuert wird, daß der Energieinhalt des Lichtstrahls 32 definiert verändert werden kann. Wie durch gestrichelte Steuerleitungen 47 angedeutet ist, kann der Mikroprozessor 11 auch eine gesteuerte Verschwenkung des Lasers 13 um die senkrecht aufeinander stehenden Achsen 41, 42 bewirken, um den Lichtstrahl 32 in definierter Weise über die Oberfläche 35 wandern zu lassen.
Bevorzugt ist der Laser 13 auch in Richtung des Doppelpfeiles 48 auf das Werkstück 12 zu und von ihm weg bewegbar, was über eine Steuerleitung 34 ebenfalls in vorprogrammierter Weise durch den Mikroprozessor 11 veranlaßt werden kann.
Nach Fig. 5, wo der Laser 13 mit den mit ihm verbundenen Komponenten ebenfalls dargestellt ist, kann neben dem Laser 13 ein Sensor 20 in Form eines Spektralanalysegerätes vorgesehen sein, welcher auf die vom Lichtstrahl 32 getroffene Stelle 36 der Oberfläche des Werkstückes 12 gerichtet ist und auf die spektrale Verteilung des von der Stelle 36 ausgehenden Lichtes anspricht. Über eine Steuerleitung 37 ist der Sensor 20 mit dem Mikroprozessor 11 verbunden, welcher in Abhängigkeit von der vom Sensor 20 festgestellten spektralen Verteilung das Netzgerät 43 so steuert, daß unter Berücksichtigung der Bewegung des Lasers 13 die konzentrierte Energiezufuhr zur Stelle 36 optimiert wird.
Aufgrund der Erhitzung der Oberfläche des Keramikwerkstücks 12 an der Stelle 36 gegebenenfalls in Verbindung mit der reaktiven Atmosphäre (33 in Fig. 1) erfolgt eine lokal eng begrenzte Remetallisierung des Keramikmaterials. Wird nun durch geeignete Verschwenkung um die Achsen 41, 42 der Lichtstrahl 32 in Fig. 5 entlang von Bahnen 31 geführt, so werden hierbei elektrisch leitende linienartige Bereiche, d. h. Leiterbahnen erzeugt, die z. B. zu am Rande des Werkstückes 12 befindlichen, ebenfalls durch Remetallisierung erzeugten Kontakten 30 geführt sein können. Die etwas flächigeren Bereiche der Kontakte 30 werden dadurch gebildet, daß der Laser 13 um beide Achsen 41, 42 geschwenkt wird, um die Fläche, wo die Kontakte 30 entstehen sollen, z. B. zeilenförmig abzufahren.
Durch geeignete Steuerung der Bewegung des Lasers 13 können nach Fig. 3 und 5 auf der Oberfläche des Keramikwerkstückes 12 auch Widerstände 27 oder nach Fig. 3 Kapazitäten 28 sowie Induktivitäten 29 hergestellt werden, wie in gewünschter Weise durch elektrisch leitende Bahnen 31 in der gewünschten Weise miteinander verbunden sind.
Nach Fig. 3 können auf dem Werkstück 12 auch metallische Leitungen enthaltende Verbindungskörper 26, 26′ angeordnet werden, deren Metallkontakte 26′′ in der aus Fig. 4 ersichtlichen Weise ohne Zuhilfenahme von Lot mit dem durch Remetallisierung erzeugten Leiterbahnen 31 verbunden werden können.
Zu diesem Zweck werden die metallischen Kontakte 26′′ der Verbindungskörper 26, 26′ auf der Oberfläche des Werkstückes 12 so angeordnet, daß ihr Ende sich in einem Bereich befindet, wo die durch Remetallisierung hergestellte Leiterbahn 31 endet und mit dem Kontakt 26′′ metallisch verbunden werden soll.
Der Laser 13 wird dann stetig so verschwenkt, daß die Leiterbahn sich dem Kontakt 26′′ zunehmend nähert, bis sie ihn erreicht. Nunmehr wird gleichzeitig die Oberfläche des Werkstückes 12 remetallisiert und das Ende der Metallkontakte 26′′ aufgeschmolzen, wodurch eine intensive Schmelzverbindung 38 entsteht, die praktisch ebenso wie die durch Remetallisierung erzeugte Leiterbahn 31 selbst einen Bestandteil des Keramikkörpers 12 bildet. Die Verbindung ist also mechanisch besonders fest und weist eine hervorragende Leitfähigkeit auf.
In Fig. 1 ist links eine weitere Heizvorrichtung in Form eines beheizten Werkzeuges 13′ dargestellt, welche einen oberen Heizteil 16 und einen unteren, stabförmigen Behandlungskopf 15 aufweist, der in einer gesteuert beheizten Behandlungsfläche 14 mündet. Durch Aufhängung an einem in zwei senkrecht aufeinander stehenden Richtungen 45, 46 verschiebbaren Support 39 kann der durch eine Bewegung in Richtung des Pfeiles 40 auf die Oberfläche 35 des Werkstückes 12 aufgesetzte Behandlungskopf 15 an jede Stelle der Oberfläche 35 bewegt werden, so daß auch mittels des beheizbaren Werkzeuges 13′ Leiterbahnen 31 oder andere elektrische Funktionen aufweisende Bahnen 27, 28, 29 (Fig. 3) in durch den diesbezüglich vorprogrammierten Mikroprozessor 11 definierter Weise verwirklicht werden können.
Bevorzugt wird ein unten in eine spitze Behandlungsfläche 14′ mündender Behandlungskopf 15′ verwendet, wie er in Fig. 1 eben dem mit flacher Behandlungsfläche 14 ausgestalteten Behandlungskopf 15 gestrichelt angedeutet ist.
Im unteren Bereich des Behandlungskopfes 15 bzw. 15′ befindet sich ein Sensor 20′, welcher die Temperatur im Bereich der Behandlungsfläche 14, 14′ mißt und in in Fig. 1 nicht im einzelnen dargestellter Weise mit dem Mikroprozessor 11 verbunden ist und diesen so steuert, daß an der Behandlungsstelle 36′ die für die gewünschte Remetallisierung erforderliche Temperatur herrscht.
Weiter ist in Fig. 1 eine mit Reibung arbeitende Heizvorrichtung 13′′ schematisch angedeutet, welche aus einem um eine Achse 19 rotierenden Rad 18 mit einer reibenden Umfangsfläche 17 besteht, die in der aus der Fig. l ersichtlichen Weise angeschärft ist. Das rotierende Rad kann ebenso wie das heizbare Werkzeug 13′ an einem Support 39 befestigt sein und in definierter Weise über die Oberfläche 35 des Werkstückes 12 geführt werden.
Nach Fig. 2 ist eine Mikro-Lichtbogenvorrichtung 13′′′ vorgesehen, welche in einem Behandlungskopf 15′′′ zwei Elektroden 22, 23 aufweist, die unten aus dem Behandlungskopf 15′′′ herausragen und beim Anlegen an eine geeignete Spannung einen Lichtbogen 21 erzeugen, der in durch den Mikroprozessor 11 gesteuerter Weise in Verbindung mit der Oberfläche 35 des Keramikwerkstückes 12 gebracht und über die Oberfläche 35 so hinweggeführt werden kann, daß die gewünschte punkt-, bahn- oder flächenförmige Remetallisierung der Oberfläche 35 erfolgt.
In Fig. 2 ist auch noch ein Sprührohr 25 neben dem Lichtbogen 21 schematisch dargestellt, durch welches Metallpartikel 24 in den Lichtbogen 21 eingesprüht werden können, wodurch bei der Remetallisierung der Werkstückoberfläche 35 auch noch gezielt weitere Metalle in die remetallisierten Bereiche eingebaut werden können. Das Einsprühen von Metallpartikeln 24 kann auch bei den anderen Ausführungsformen der Erfindung angewendet werden.
Fig. 5 zeigt schließlich links auch noch die Möglichkeit einer Ultraschallvorrichtung 13′′′′ als Heizvorrichtung, welche eine den Behandlungskopf darstellende Ultraschallsonotrode 15′′ aufweist, die an ihrem unteren Ende eine spitz zulaufende Behandlungsfläche 14′′ aufweist.
In der Sonotrode 15′′ ist ein Sensor 20′′ untergebracht, welcher die Änderung der Schallkopplung zwischen der Sonotrode und der Werkstückoberfläche 35 verfolgt, während das zunächst keramische Material sich in Metall umwandelt. Die hierbei eintretende Änderung der Schallkopplung wird dem an den Sensor 20′′ in nicht dargestellter Weise angeschlossenen Mikroprozessor 11 gemeldet, welcher daraufhin sowohl die Energiezufuhr zur Ultraschallsonotrode 15′′ als auch den Vorschub der Ultraschallvorrichtung 13′′′′ parallel zur Oberfläche 35 des Werkstückes 12 so steuert, daß die gewünschte mehr oder weniger metallisierte Bahn auf der Oberfläche 35 erzeugt wird.
Erfindungsgemäß besteht das Werkstück 12 bevorzugt aus Metalloxid, da hierbei die Metallumwandlung auf einfache Weise durch Schaffung einer reduzierenden Atmosphäre während der Erhitzung erzeugt werden kann.
Das Werkstück 12 kann zwar gemäß Fig. 3 und 5 ein platten­ förmiges Schaltungsbauteil sein, welches in geeigneter Weise in elektrische oder elektronische Geräte eingebaut werden kann; grundsätzlich kann jedoch das Werkstück 12 eine beliebig geformte Oberfläche haben, da z. B. ein beweglich angeordneter Laser 13 allen Oberflächenunebenheiten folgen kann.
Im Prinzip beruht die erfindungsgemäße Remetallisierung auf einer thermischen Dissoziation und/oder Reduktion der in der Keramik enthaltenen Metallverbindungen. Die durch die verschiedenen Heizvorrichtungen erzeugte Erhitzung der Keramikoberfläche muß bis in den Schmelzbereich der Keramik hineingehen, d. h. zu Temperaturen von mehr als 1000°C führen. Die für die Remetallisierung erforderliche Dauer der Erhitzung liegt im Millisekunden-Bereich.
Die Ultraschallvorrichtung 13′′′′ kann auch nur dazu eingesetzt werden, die Berührungsstelle einer remetallisierten Bahn 13 und eines metallischen Anschlusses 26′′ bis zur Verschmelzung dieser beiden Elemente zu erhitzen.
Außerdem kann die Erhitzung mittels Ultraschall dafür eingesetzt werden, daß ein bereits remetallisierter Bereich mit Partikeln des gleichen oder bevorzugt eines anderen Metalls besprüht und mittels des Ultraschalls eine Verschmelzung des remetallisierten Bereiches mit den aufgebrachten Metallpartikeln hervorgerufen wird.
Bezugszeichenliste
11 Mikroprozessor
12 Werkstück
13 Laser
13′ beheiztes Werkzeug
13′′ Reibungsvorrichtung
13′′′ Mikro-Lichtbogenvorrichtung
13′′′′ Ultraschallvorrichtung
14 Behandlungsfläche
14′ Behandlungsfläche
14′′ Behandlungsfläche
15 Behandlungskopf
15′ Behandlungskopf
15′′ Ultraschallsonotrode
16 Heizteil
17 Umfangsfläche
18 Rad
19 Drehachse
20 Sensor
20′ Sensor
20′′ Sensor
21 Mikrolichtbogen
22 Elektrode
23 Elektrode
24 Metallpartikel
25 Sprührohr
26 Verbindungskörper
26′ Verbindungskörper
27 Widerstand
28 Kapazität
29 Induktivität
30 Kontakt
31 Leiterbahn
32 Lichtstrahl
33 Fluidatmosphäre
34 Steuerleitung
35 Oberfläche
36 Stelle
36′ Behandlungsstelle
37 Steuerleitung
38 Schmelzverbindung
39 Support
40 Pfeil
41 Achse
42 Achse
43 Netzgerät
44 Steuerleitung
45 Richtung
46 Richtung
47 Steuerleitung
48 Doppelpfeil
49 Behälter

Claims (24)

1. Verfahren zur Erzeugung elektrisch leitender Bereiche in bzw. auf Werkstücken (12) aus wenigstens eine Metallver­ bindung enthaltendem, isolierendem Keramikmaterial durch zumindest teilweise, vorzugsweise vollständige Umwand­ lung der Metallverbindung(en) in Metall in den betref­ fenden Bereichen, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlung durch zeitliche und/oder räumliche und/oder intensitätsmäßig gesteuerte, konzentrierte Energiezufuhr erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß mittels eines oder mehrerer Sensoren (20, 20′, 20′′) die Auswirkung der Energiezufuhr auf das Werkstück (12) festgestellt und die Energiezufuhr entsprechend geregelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die konzentrierte Energiezufuhr mittels eines oder mehrerer Laser (11) erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß der bzw. die auf das Werkstück (12) gerichteten Laser (11) gesteuert entlang der zu bearbeitenden Oberfläche (35) und/oder auf sie zu und von ihr weg bewegbar ist.
5. Verfahren nach Anspruch 2 und Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein Spektralanalysegerät (20) ist, welches insbesondere bei der Remetallisierung die Änderung des Absorptionsspektrums Keramik/Metall erfaßt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konzentrierte Energiezufuhr durch ein oder mehrere elektrisch beheizte Werkzeuge (13) mit kleiner Behandlungsfläche (14), insbesondere punktförmig zulaufendem Behandlungskopf (15′) erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein nahe der Behandlungsfläche (14′) angeordneter Temperaturfühler (20′) ist.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konzentrierte Energiezufuhr durch mechanische Reibung erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibung durch die aus reibendem Material bestehende Umfangsfläche (17) eines schnell rotierenden Rades (18) erzeugt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konzentrierte Energiezufuhr durch Ultraschall erfolgt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß der Ultraschall durch eine vorzugsweise sich im Bereich der Behandlungsfläche (14′′) insbesondere zu einer Spitze verjüngende Ultraschallsonotrode (15′′) erzeugt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Änderung der Schallkopplung von Keramik zu entstehender Metalloberfläche feststellender Sensor (20′′) vorgesehen ist.
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konzentrierte Energiezufuhr mittels eines Mikrolichtbogens (21) erfolgt.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Bereich der durch konzentrierte Energiezufuhr erhitzten Fläche der zu remetallisierenden Keramikoberfläche Metallpartikel (24) auf- bzw. eingesprüht werden.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Werkstück (12) aufgebrachte zumindest teilweise aus Metall bestehende Verbindungskörper (26, 26′) vorzugsweise gleichzeitig mit der konzentrierten Remetallisierung der Werkstückoberfläche durch Schmelzverbindung mit einer bestimmten Stelle der remetallisierten Werkstückoberfläche verbunden werden.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche des keramischen Werkstücks (12) durch gesteuerte und definierte Remetallisierung rein passiv wirkende, mehr oder weniger elektrisch leitende Bahnen hergestellt werden, die beispielsweise Widerstände (27), Kapazitäten (28), Induktivitäten (29), Kontakte (30) oder Leiterbahnen (31) bilden.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (27) durch Cu/Ni/Al-Systeme gebildet werden.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß beim Verbinden metallischer Teile des Verbindungskörpers (26, 26′) mit remetallisierten Stellen des Werkstückes (12) weitere Metalle, z. B. durch das Verfahren nach Anspruch 14, zulegiert werden.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zu remetallisierenden Bereich der Oberfläche des Werkstückes (12) eine Atmosphäre geschaffen wird, die den Remetallisierungsprozeß begünstigt oder auch verlangsamt, um so eine definierte Erstellung elektrischer bzw. elektronischer Funktionen zu ermöglichen.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Atmosphäre Reaktionsbestandteile, wie Säuredämpfe, halogenhaltige Gase oder Dämpfe umfaßt, um Reaktionen in Form von Reduktion und/oder Salzbildung herbeizuführen.
21. Vorrichtung insbesondere zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Heizvorrichtung, die es gestattet, auf der Oberfläche eines wenigstens eine Metallverbindung enthaltenden, isolierenden Keramikmaterials eine Erwärmung herbeizuführen, die zur Folge hat, daß in bestimmten Bereichen eine zumindest teilweise, vorzugsweise vollständige Umwandlung der Metallverbindung(en) in Metall erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß eine zeitlich und/oder räumlich und/oder intensitätsmäßig gesteuerte Heizvorrichtung (13, 13′, 13′′, 13′′′, 13′′′′) verwendet wird, die eine kleinflächige, vorzugsweise punktuelle Erhitzung der Oberfläche des Keramikwerkstückes (12) gestattet.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung umfaßt:
  • - wenigstens einen Laser (13) und/oder
  • - wenigstens ein elektrisch beheiztes Werkzeug (13′) und/oder
  • - wenigstens eine zu einer vorzugsweise drehenden Bewegung angetriebene Reibungsvorrichtung (13′′) und/oder
  • - wenigstens eine Mikro-Lichtbogenvorrichtung (13′′′) und/oder
  • - wenigstens eine Ultraschallvorrichtung (13′′′′).
23. Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Sensor (20, 20′, 20′′) zur Feststellung der Auswirkungen der konzentrierten Energiezufuhr durch die Heizvorrichtung (13, 13′, 13′′, 13′′′, 13′′′′) vorgesehen ist.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuervorrichtung (11) insbesondere ein Mikroprozessor vorgesehen ist, welcher sowohl mit der Heizvorrichtung (13, 13′, 13′′, 13′′′, 13′′′′) als auch mit dem Sensor (20, 20′, 20′′) verbunden ist und die Heizvorrichtung entsprechend dem vom Sensor abgegebenen Signal auf einen Wert einregelt, der auf der Oberfläche des Keramikwerkstückes (12) den erforderlichen Grad von Erhitzung und damit Remetallisierung herstellt.
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