DE102018005010A1 - Transfer und Aufschmelzen von Schichten - Google Patents

Transfer und Aufschmelzen von Schichten Download PDF

Info

Publication number
DE102018005010A1
DE102018005010A1 DE102018005010.7A DE102018005010A DE102018005010A1 DE 102018005010 A1 DE102018005010 A1 DE 102018005010A1 DE 102018005010 A DE102018005010 A DE 102018005010A DE 102018005010 A1 DE102018005010 A1 DE 102018005010A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
sensor
sensor structure
structure according
base material
producing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102018005010.7A
Other languages
English (en)
Inventor
Auf Teilnichtnennung Antrag
Anna Maria Krumbholz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
WIKA Alexander Wiegand SE and Co KG
Original Assignee
WIKA Alexander Wiegand SE and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by WIKA Alexander Wiegand SE and Co KG filed Critical WIKA Alexander Wiegand SE and Co KG
Publication of DE102018005010A1 publication Critical patent/DE102018005010A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/40—Structures for supporting workpieces or articles during manufacture and removed afterwards
    • B22F10/47—Structures for supporting workpieces or articles during manufacture and removed afterwards characterised by structural features
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/50—Treatment of workpieces or articles during build-up, e.g. treatments applied to fused layers during build-up
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40—Radiation means
    • B22F12/44—Radiation means characterised by the configuration of the radiation means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41M—PRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M5/00—Duplicating or marking methods; Sheet materials for use therein
    • B41M5/26—Thermography ; Marking by high energetic means, e.g. laser otherwise than by burning, and characterised by the material used
    • B41M5/382—Contact thermal transfer or sublimation processes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/16—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying resistance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2287—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges constructional details of the strain gauges
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/02—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which the conductive material is applied to the surface of the insulating support and is thereafter removed from such areas of the surface which are not intended for current conducting or shielding
    • H05K3/04—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which the conductive material is applied to the surface of the insulating support and is thereafter removed from such areas of the surface which are not intended for current conducting or shielding the conductive material being removed mechanically, e.g. by punching
    • H05K3/046—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which the conductive material is applied to the surface of the insulating support and is thereafter removed from such areas of the surface which are not intended for current conducting or shielding the conductive material being removed mechanically, e.g. by punching by selective transfer or selective detachment of a conductive layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/90—Means for process control, e.g. cameras or sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2203/00—Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
    • H05K2203/10—Using electric, magnetic and electromagnetic fields; Using laser light
    • H05K2203/107—Using laser light
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer Sensorstruktur, aufweisend die VerfahrensschritteAufbringen von Basismaterial auf einen Transferträger,Anordnen des Transferträgers an einem Sensorkörper undÜbertragen von zumindest Teilen des Basismaterials von dem Transferträger auf den Sensorkörper mittels lokalem Energieeintrag.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Sensorstruktur und auf einen Sensor mit dieser Sensorstruktur. Das Verfahren weist einen Transfer und ein Aufschmelzen von Schichten auf. Der Sensor mit einem Sensorkörper und der Sensorstruktur findet bei einem Erfassungssystem für eine physikalische Größe Anwendung.
  • STAND DER TECHNIK
  • Herkömmliche Verfahren zum Herstellen einer Sensorstruktur auf einem Sensorkörper sind aufwendig, kostenintensiv und eignen sich nicht zum wirtschaftlichen Aufbringen der Sensorstrukturen auf gekrümmten Oberflächen.
  • AUFGABE DER ERFINDUNG
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kostengünstige Lösung für das Herstellen einer Sensorstruktur auf einem Sensorkörper und insbesondere auf gekrümmten Oberflächen des Sensorkörpers zu schaffen und einen entsprechenden Sensor bereitzustellen. Darüber hinaus soll ein Aufbau zur Messung einer physikalischen Größe, beispielsweise eines Drucks, Durchflusses oder einer Temperatur geschaffen werden, wobei bzw. wozu ein Messwiderstand auf dem Sensorkörper geschaffen wird. Weiterhin sollen vorzugsweise sehr gleichmäßige dünne Strukturschichten erzeugt werden, wobei dies in einem oder wenigen Arbeitsgängen erfolgen soll.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorstehende Aufgabe wird mit einem Verfahren nach Anspruch 1 bzw. mit einem Sensor nach Anspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Sensorstruktur, weist folgende Schritte auf: Aufbringen von Basismaterial auf einen Transferträger; Anordnen des Transferträgers an einem Sensorkörper; und Übertragen von zumindest Teilen des Basismaterials von dem Transferträger auf den Sensorkörper mittels lokalem Energieeintrag.
  • Durch das Verfahren wird das Basismaterial für die Sensorstruktur von dem Transferträger direkt mittels lokalem Energieeintrag schrittweise auf den Sensorkörper übertragen. Dieser selektive Transferprozess ermöglicht ein wirtschaftliches Erzeugen bzw. Abscheiden einer Sensorstruktur. Beim Verwenden eines flexiblen Transferträgers kann die Sensorstruktur auch auf gekrümmten Oberflächen des Sensorkörpers kostengünstig erzeugt werden.
  • Ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass keine Ätzvorgänge notwendig. Die Schwierigkeit beim Ätzen besteht darin, dass die Konzentration der Ätzlösung möglichst konstant sein muss, und daher häufig gewechselt wird, sowie deren Homogenität sichergestellt werden muss. Da die Ätzrate meist mit der Temperatur zunimmt ist die stabile und exakte Temperierung wichtig für die Reproduzierbarkeit. Diese Nachteile des Ätzens entfallen beim erfindungsgemäßen Verfahren.
  • Vorzugsweise weist das Verfahren zusätzlich die folgenden Schritte auf: Entfernen des Transferträgers nach dem Übertragen des Basismaterials; und Konditionieren und/oder Bestrahlen der auf den Sensorkörper übertragenen Sensorstruktur. Das Konditionieren kann ein Temperieren oder Nachsintern umfassen. Durch das Bestrahlen wird die Sensorstruktur teilweise wieder entfernt oder teilweise getrennt.
  • Die anschließende Wärmebehandlung dient der Verbesserung der Oberfläche, des homogenen Aufbaus sowie der Kantenausbildung der aufgebrachten Sensorstruktur. Mit dem selektiven Bestrahlen kann die Sensorstruktur noch genauer gefertigt werden bzw. können Ungenauigkeiten beim Übertragen des Basismaterials kompensiert bzw. abgemildert werden.
  • Vorzugsweise weist das Verfahren zusätzlich den folgenden Schritt auf: Aufbringen einer Isolationsschicht auf den Sensorkörper vor dem Übertragen des Basismaterials. Die Dicke der Isolationsschicht beträgt vorzugsweise 1 bis 10 µm. Ferner weist die Isolationsschicht vorzugsweise Glas auf oder besteht vollständig aus Glas.
  • Die Isolationssicht verhindert ungewollte leitende Verbindungen zwischen der Sensorstruktur und dem Sensorkörper.
  • Die Isolationsschicht ist rau und weist eine reduzierte Spitzenhöhe Rpk von 1 bis 6 nm sowie eine reduzierte Riefentiefe Rvk von 1 bis 6 nm auf. Der Bereich, in dem die Werte für Rpk und Rvk liegen, hängt hauptsächlich von den Materialeigenschaften des Grundkörpers ab.
  • Dies beschreibt eine Oberfläche ähnlich einem Plateau mit tiefen feinen Rillen oder Kapillaren. Die Porosität und Rauheit begünstigt das Übertragen bzw. die (lokal) vollständige Benetzung des Sensorkörpers durch Verstärken der Adhäsionskräfte zwischen dem Basismaterial und dem Sensorkörper.
  • Vorzugsweise wird der lokale Energieeintrag durch ein Bestrahlen bewirkt. Dies erfolgt vorzugsweise mittels Laser- oder Elektronenstrahl.
  • Durch Verwendung von Laser- bzw. Elektronenstrahlen können die Prozesszeiten bzw. der Energieeintrag genau gesteuert werden, so dass die auf dem Sensor befindlichen weiteren Materialien geschont werden.
  • Vorzugsweise erfolgt der lokale Energieeintrag selektiv an vorbestimmten Stellen des Sensorkörpers.
  • Dies ermöglicht ein effizientes und den Sensorkörper bzw. die auf ihm befindlichen weiteren Materialien schonendes Fertigen der Sensorstruktur.
  • Vorzugsweise beträgt die Schichtdicke des Basismaterials auf dem Transferträger 10 bis 100 nm. Ferner haben Partikel des Basismaterials vorzugsweise einen Durchmesser von 1 bis 100 nm, d.h., es handelt sich um sogenannte Nanopartikel.
  • Somit können sehr dünne Sensorstrukturschichten erzeugt werden. Die Wahl der Korngröße der Partikel des Basismaterials hat einen wesentlichen Einfluss auf den Prozesserfolg. Mit abnehmender Korngröße steigen die Verdichtungsrate, wie auch die Kornwachstumsrate an. Durch die Reduktion der Partikelgröße nimmt die relative Oberfläche zu, und das Bestreben die Oberfläche zu verkleinern ebenso. Dies kann zu Verkürzung der Prozesszeiten und geringerem Energieeintrag durch den Laser- oder Elektronenstrahl eingesetzt werden. Die auf dem Sensor befindlichen weiteren Materialien werden dadurch geschont.
  • Vorzugsweise besteht der Transferträger aus Glas oder einer Folie.
  • Dadurch weist der Transferträger einen hohen Transmissionsgrad in der Wellenlänge des Lasers auf. Es ist somit möglich, das Übertragen des Basismaterials mittels Bestrahlung durch den Laser durchzuführen, ohne den Transferträger vorher von dem Sensorkörper entfernen zu müssen. Zusätzlich wäre der Einsatz des Transferträgers als Maske denkbar, wenn er nur teilweise aus Glas besteht oder die Folie heterogene Eigenschaften aufweist und dieser den Energieeintrag somit teilweise abschirmen kann.
  • Vorzugsweise erfolgt das Aufbringen des Basismaterials auf den Transferträger elektrostatisch, durch Sputtern, in einer Dampfphase oder chemisch.
  • Damit ist das Aufbringen des Basismaterials auf den Transferträger sehr variabel und das Aufbringungsverfahren kann im Hinblick auf die gewünschten Eigenschaften der Basismaterialschicht unter Berücksichtigung der Wirtschaftlichkeit ausgewählt werden.
  • Der erfindungsgemäße Sensor weist einen Sensorkörper und die nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellte Sensorstruktur auf. Vorzugsweise weist der Sensor die vorstehend beschriebene Isolationsschicht auf.
  • Erfindungsgemäß weist der Sensor einen Sensorkörper auf, auf dem mittels eines selektiven Transferprozesses eine Sensorstruktur erzeugt oder abgeschieden wird.
  • Hierbei wird das Material für die Sensorstruktur von einem Transferträger direkt mittels lokalem Energieeintrag schrittweise auf den Sensorkörper übertragen.
  • Die Oberfläche und der homogene Aufbau der aufgebrachten Strukturen, sowie die Kantenausbildung können mit anschließender Wärmebehandlung des Sensorkörpers verbessert werden.
  • Weiterhin ist es möglich mittels selektivem Laser- oder Elektronenstrahl-Pulver-Auftragsschweißen mit Prozessgas Metallstrukturen auf das Sensorelement aufzubringen. Bei diesem Verfahren wird ein pulverförmiger Metallwerkstoff auf einen vorhandenen Sensorkörper aufgeschweißt. Das erfindungsgemäße Aufbringen von Strukturen auf gekrümmte Oberflächen erfordert keine Klebeverbindungen und im Falle von selektivem Laser- oder Elektronen-Pulverschweißen mit Prozessgas auch keine Transferfolie (Transferträger).
  • Figurenliste
    • 1A zeigt den Aufbau des Sensorkörpers und des an diesem anzuordnenden Transferträgers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 1B zeigt das Übertragen von einem Teil des Basismaterials von dem Transferträger auf den Sensorkörper mittels eines Laser- oder Elektronenstrahls.
    • 1C zeigt das lokale Übertragen auf den Sensorkörper
    • 2 zeigt einen Sensorkörper gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit einer darauf aufgebrachten beispielhaften Sensorstruktur.
    • 3A zeigt eine Schnittansicht einer Sensorstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die geeignet ist, einen Druck zu erfassen.
    • 3B zeigt ein Sensorelement gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit einer darauf aufgebrachten beispielhaften Sensorstruktur.
    • 4A zeigt einen Werkstückträger, der mehrere Sensorelemente fassen kann.
    • 4B zeigt eine Strahlungsquelle, zusammen mit dem Transferträger, dem Basismaterial und den Sensorelementen.
    • 5A zeigt eine Schnittansicht einer herkömmlichen Sensorstruktur.
    • 5B zeigt ein herkömmliches Foto-Lithographieverfahren, bei dem eine Schicht Foto-Abdecklack auf der Sensorstruktur verbleibt.
    • 6A zeigt eine Schnittansicht einer auf einem Sensorkörper aufgebrachten erfindungsgemäßen Sensorstruktur.
    • 6B zeigt eine Schnittansicht einer auf einem Sensorkörper aufgebrachten erfindungsgemäßen Sensorstruktur, wobei eine Isolationsschicht zwischen dem Sensorkörper und der Sensorstruktur angeordnet ist.
    • 6C zeigt die nach dem erfindungsgemäßen Transferverfahren hergestellte Sensorstruktur auf einem Sensorkörper.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • 1A zeigt einen exemplarischen Aufbau, der beim erfindungsgemäßen Herstellen einer Sensorstruktur verwendet werden kann. Auf den Sensorkörper 1 ist vorzugsweise vor Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Isolationsschicht 2 aufgebracht bzw. aufgetragen worden. Die Isolationsschicht 2 hat vorzugsweise eine Stärke von 1 bis 10 µm. Die Isolationsschicht 2 ist vorzugsweise rau, mit niedrigem Rpk -Wert (reduzierte Spitzenhöhe) und größerem Rvk -Wert (reduzierte Riefentiefe). Dies beschreibt eine Oberfläche ähnlich einem Plateau mit tiefen feinen Rillen oder Kapillaren. Der Transferträger 3 ist auf, unter oder neben dem Sensorkörper 1 angeordnet und wird in dessen Nähe gebracht, was durch den Pfeil angezeigt wird.
  • Der Transferträger 3 wird nun auf den Sensorkörper 1 gelegt. Der Transferträger 3 ist vorzugsweise eine Glasscheibe, oder eine Folie, welche einen hohen Transmissionsgrad in der Wellenlänge des Lasers aufweist. Die Folie ist flexibel und kann auch für gekrümmte Oberflächen eingesetzt werden.
  • Der Transferträger 3 trägt das Basismaterial 4 für die Sensorstruktur 5 in einer Schicht mit einer Schichtstärke von 10 bis 100 nm und einer Partikelgröße von 1 bis 100 nm. Die Wahl der Korngröße hat dabei einen wesentlichen Einfluss auf den Prozesserfolg. Mit abnehmender Korngröße steigen die Verdichtungsrate, wie auch die Kornwachstumsrate an. Durch die Reduktion der Partikelgröße nimmt die relative Oberfläche zu, und das Bestreben die Oberfläche zu verkleinern ebenso. Dies kann zu einer Verkürzung der Prozesszeiten und zu einem geringeren Energieeintrag durch einen Laserstrahl 6 oder Elektronenstrahl eingesetzt werden. Die auf dem Sensor befindlichen weiteren Materialien werden dadurch geschont.
  • Die Basismaterialschicht 4 wurde vor Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens elektrostatisch, durch Sputtern, in einer Dampfphase oder chemisch auf dem Transferträger 3 abgeschieden.
  • 1B zeigt den Sensorkörper 1 mit der optionalen Isolationsschicht 2 und aufgelegtem Transferträger 3, welcher das Basismaterial 4 für die Sensorstruktur 5 trägt. Die Sandwicheinheit wird nun mittels Laserstrahl 6 oder Elektronenstrahl lokal an gesteuerten Orten 7 bestrahlt.
  • Durch Fokussierung, z.B. durch Linsen 8 oder Magnete, wird nun eine lokale Sensorstruktur 5 auf dem Sensorkörper 1 abgeschieden oder aufgebaut/aufgedruckt. Der Elektronenstrahl kann über Magnete gesteuert, fokussiert und positioniert werden.
  • Der Transfer und das Aufschmelzen der Sensorstruktur 5 auf den Sensorkörper 1 kann durch selektives Aufschmelzen des Basismaterials 4 aus Pulver erfolgen. Die Sensorstruktur 5 wird als Schicht von dem Transferträger 3 auf den Sensorkörper 1 durch lokalen Energieeintrag übertragen. Das Übertragen erfolgt gepulst oder kontinuierlich oder durch Aufschmelzen. Ferner erfolgt das Übertragen lagenweise oder Schicht um Schicht.
  • Der Basismaterialübergang findet direkt, in einer lokalen Gasphase, oder in einem lokal entstehenden Plasma statt. Hierbei wird die Abscheidung über die Fokussierung, die Temperatur, eine Trennschicht von hydrophobem Material auf dem Transferträger 3 oder die Porosität bzw. Rauheit der empfangenden Seite des Sensorkörpers 1, der Isolationsschicht 2, einer angelegten Spannung und Prozessgase beeinflusst.
  • Das Einbringen von Laserenergie in die Metallschicht des Basismaterials 4, führt zu einer Erwärmung des Metalls, welches das Metall zum Aufschmelzen bringt. Die Adhäsionskräfte bewirken einen mechanischen Zusammenhalt der beiden Phasen. Diese werden durch die Porosität und Rauheit der empfangenden Seite verstärkt und führen zu einer vollständigen Benetzung der gewünschten Stellen des Sensorkörpers 1.
  • Das Anlegen einer Spannung zwischen der Metallschicht des Basismaterials 4 auf dem Transferträger 3 (mit einer ganzflächigen leitenden Schicht/ Elektrode) und dem Sensorkörper 1 unterstützt den Transferprozess, wobei auf einen konstanten Abstand bzw. Kontakt zwischen Transferträger 3 und Sensorkörper 1 zu achten ist.
  • Optional werden Sensorkenndaten zu den erzeugten Schichten gemessen und in der zugehörigen Auswerteelektronik der Sensorik hinterlegt.
  • Zuvor kann hierbei ein Konditionieren (Temperieren in einem Ofen, Nachsintern der Schichten) sinnvoll sein.
  • Denkbar ist auch, dass die Schichten zuvor durch einen Laserstrahl 6 oder Elektronenstrahl nur transferiert werden, und der Sensorkörper 1 anschließend einer höheren Temperatur ausgesetzt wird. Da der Transferträger 3 so weniger thermisch belastet wird, kann er wiederverwendbar bleiben.
  • Ebenfalls kann auf diesem Wege - zuerst oder als Zwischenprozess - eine Isolationsschicht 2, z.B. aus transparentem Glas erzeugt werden.
  • 1C zeigt den Sensorkörper 1 im Querschnitt mit der dehnungsempfindlichen Membran und aufgelegtem Transferträger 3, welcher das Basismaterial 4 für die Sensorstruktur 5 trägt. Die Sandwicheinheit wird nun mittels Laserstrahl 6 oder Elektronenstrahl lokal an gesteuerten Orten 7 bestrahlt unter Zuhilfenahme einer Linse 8.
  • 2 zeigt einen Sensorkörper 1 mit Isolationsschicht 2 und der aufgebrachten Sensorstruktur 5. Mit dem Laser kann auch zu viel aufgebrachtes bzw. überschüssiges Material getrimmt werden, und so können beispielsweise die Abstimmung einer Messbrücke oder andere messtechnische Eigenschaften verbessert werden.
  • 3A zeigt eine Sensorstruktur 5B für Druck p im Schnitt. Das Sensorelement 1B hat eine plane Oberfläche mit einer Isolationsschicht 2. Darauf aufgebracht ist die Sensorstruktur 5B.
  • 3B zeigt ein Sensorelement 1B mit darauf aufgebrachter Sensorstruktur 5B. Der Sensorkörper kann eine Größe von 3 bis 15 mm, vorzugsweise 4 bis 10 mm im Durchmesser haben.
  • 4A zeigt einen Werkstückträger der mehrere Sensorelemente 1B fassen kann. Die Unterseite bildet zusammen mit dem Werkstückträger eine plane Oberfläche.
  • 4B zeigt eine Strahlungsquelle, zusammen mit dem Transferträger 3 mit dem Basismaterial 4 und den Sensorelementen 1B.
  • 5A zeigt eine herkömmliche Sensorstruktur, die unter Verwendung eines Ätzprozesses hergestellt wurde. Dabei entstehen (scharfe) Kanten und trapezförmige Strukturen. Insbesondere verbleibt bei diesem Herstellungsverfahren eine Foto-Abdecklack-Schicht 9 auf der Sensorstruktur 5C.
  • 5B zeigt ein herkömmliches Foto-Lithographieverfahren, bei dem die Foto-Abdecklack-Schicht 9 auf der Sensorstruktur verbleibt und eine Passivierung als oberste Schicht auf der Sensorstruktur erzeugt worden ist.
  • 6A zeigt eine Schnittansicht einer auf einem Sensorkörper 1 aufgebrachten erfindungsgemäßen Sensorstruktur 1B. Im Gegensatz zu den mit herkömmlichen Verfahren erzeugten Sensorstrukturen ist es mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren möglich, abgerundete Ecken mit einem Radius R durch die nachträgliche Temperierung zu erzeugen.
  • Die erfindungsgemäße Sensorstruktur hat also vorzugsweise in einer Schnittansicht die Form eines Trapezes, dessen lange Seite näher am Sensorkörper ist als die kurze Seite und dessen obere Ecken abgerundet sind. Ihre Höhe, d.h., die Schichtstärke D der Sensorstruktur, beträgt vorzugsweise 10 bis 100 nm.
  • Das liegende Trapez, das vorstehend beschrieben wurde, wird bevorzugt, jedoch gibt es mittlerweile auch das sogenannte Lift-off-Verfahren, welches im Ergebnis dem vorstehen beschriebenen Verfahren etwas ähnlich ist, und auch auf dem Kopf stehendes Trapez erzeugen kann.
  • 6B zeigt eine Schnittansicht einer auf einem Sensorkörper 1 aufgebrachten erfindungsgemäßen Sensorstruktur 5B, wobei, im Unterschied zu der in 6A gezeigten Anordnung, eine Isolationsschicht 2 zwischen dem Sensorkörper 1 und der Sensorstruktur 5B angeordnet ist. Die reduzierte Spitzenhöhe Rpk und die reduzierte Riefentiefe Rvk der Isolationsschicht 2 liegen bei jeweils 1 bis 6 nm und hängen hauptsächlich von den Materialeigenschaften des Sensorkörpers 1 ab.
  • 6C zeigt die nach dem erfindungsgemäßen Transferverfahren hergestellte Sensorstruktur 5B auf einem Sensorkörper 1. Dabei ist vorzugsweise zwischen dem Sensorkörper 1 und der Sensorstruktur die Isolationsschicht 2, die beispielsweise aus Siliziumoxid (SiO2) besteht oder dieses aufweist. Die Sensorstruktur 5B hat in Querschnitt die Form des liegenden Trapezes mit abgerundeten Ecken mit einem Radius R und besteht beispielsweise aus einer Nickelbasislegierung, bevorzugt aus einer Ni-Cr-Legierung, oder weist diese auf. Über der Sensorstruktur 5B und der Isolationsschicht 2 ist eine Schutzschicht mittels Passivierung erzeugt worden, die beispielsweise aus Siliziumoxid (SiO2) besteht oder dieses aufweist.
  • Das erfindungsgemäße Transferverfahren kommt, im Gegensatz zu dem herkömmlichen Ätzverfahren, ohne den Einsatz eines Foto-Abdecklacks aus. Infolgedessen weist die mit dem erfindungsgemäßen Transferverfahren hergestellte Sensorstruktur keine Schicht eines Foto-Abdecklacks auf.
  • Bezugszeichenliste
  • Sensorkörper 1
    Sensorelement 1B
    Isolationsschicht 2
    Transferträger 3
    Basismaterial 4
    Sensorstruktur 5, 5B, 5C
    Laserstrahl 6
    gesteuerter Ort 7
    Linse 8
    Foto-Abdecklack-Schicht 9
    Schichtstärke D
    Radius R
    Reduzierte Spitzenhöhe Rpk
    Reduzierte Riefentiefe Rvk

Claims (19)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Sensorstruktur, aufweisend: Aufbringen von Basismaterial auf einen Transferträger, Anordnen des Transferträgers an einem Sensorkörper und Übertragen von zumindest Teilen des Basismaterials von dem Transferträger auf den Sensorkörper mittels lokalem Energieeintrag.
  2. Verfahren zum Herstellen einer Sensorstruktur nach Anspruch 1, wobei das Übertragen gepulst oder kontinuierlich oder durch Aufschmelzen erfolgt.
  3. Verfahren zum Herstellen einer Sensorstruktur nach Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend: Entfernen des Transferträgers nach dem Übertragen des Basismaterials und Konditionieren und/oder Bestrahlen der auf den Sensorkörper übertragenen Sensorstruktur.
  4. Verfahren zum Herstellen einer Sensorstruktur nach Anspruch 3, wobei das Konditionieren ein Temperieren oder Nachsintern umfasst.
  5. Verfahren zum Herstellen einer Sensorstruktur nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Sensorstruktur durch das Bestrahlen teilweise wieder entfernt oder teilweise getrennt wird.
  6. Verfahren zum Herstellen einer Sensorstruktur nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner aufweisend: Aufbringen einer Isolationsschicht auf den Sensorkörper vor dem Übertragen des Basismaterials, deren Dicke vorzugsweise 1 bis 10 µm beträgt.
  7. Verfahren zum Herstellen einer Sensorstruktur nach Anspruch 6, wobei die Isolationssicht Glas aufweist und vorzugsweise aus Glas besteht.
  8. Verfahren zum Herstellen einer Sensorstruktur nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Isolationsschicht rau ist und eine reduzierte Spitzenhöhe Rpk von 1 bis 6 nm sowie eine reduzierte Riefentiefe Rvk von 1 bis 6 nm aufweist.
  9. Verfahren zum Herstellen einer Sensorstruktur nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der lokale Energieeintrag durch ein Bestrahlen, vorzugsweise mittels Laser- oder Elektronenstrahl bewirkt wird.
  10. Verfahren zum Herstellen einer Sensorstruktur nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der lokale Energieeintrag selektiv an vorbestimmten Stellen des Sensorkörpers erfolgt.
  11. Verfahren zum Herstellen einer Sensorstruktur nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schichtdicke des Basismaterials auf dem Transferträger 10 bis 100 nm beträgt.
  12. Verfahren zum Herstellen einer Sensorstruktur nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Partikel des Basismaterials einen Durchmesser von 1 bis 100 nm haben.
  13. Verfahren zum Herstellen einer Sensorstruktur nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Transferträger aus Glas oder einer Folie besteht.
  14. Verfahren zum Herstellen einer Sensorstruktur nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Aufbringen des Basismaterials auf den Transferträger elektrostatisch, durch Sputtern, in einer Dampfphase oder chemisch erfolgt.
  15. Sensor, aufweisend: einen Sensorkörper und eine mit dem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche hergestellte Sensorstruktur.
  16. Sensor nach Anspruch 15, ferner aufweisend: eine Isolationsschicht nach einem der Ansprüche 6 bis 8.
  17. Sensor nach Anspruch 15 oder 16, wobei der Sensorkörper eine Größe von 3 bis 15 mm, vorzugsweise 4 bis 10 mm im Durchmesser hat.
  18. Sensor nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei die Sensorstruktur, in einer Schnittansicht betrachtet, die Form eines Trapezes hat, dessen lange Seite näher am Sensorkörper ist als die kurze Seite, und das abgerundete Ecken hat.
  19. Sensor nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei die Sensorstruktur keine Schicht eines Foto-Abdecklacks aufweist.
DE102018005010.7A 2017-07-13 2018-06-19 Transfer und Aufschmelzen von Schichten Pending DE102018005010A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017006634 2017-07-13
DE102017006634.5 2017-07-13

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102018005010A1 true DE102018005010A1 (de) 2019-01-17

Family

ID=64745793

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102018005010.7A Pending DE102018005010A1 (de) 2017-07-13 2018-06-19 Transfer und Aufschmelzen von Schichten

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10899154B2 (de)
CN (1) CN109249020B (de)
DE (1) DE102018005010A1 (de)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA3043791A1 (en) * 2016-11-23 2018-05-31 Institut National De La Recherche Scientifique Method and system of laser-driven impact acceleration
US10557760B2 (en) * 2017-05-15 2020-02-11 Strain Measurement Devices, Inc. Thin film strain gauge
US20210345019A1 (en) * 2018-10-01 2021-11-04 Elemental Machines, Inc. Method and Apparatus for Local Sensing
EP4267332A4 (de) * 2020-12-23 2024-04-24 Univ Cornell Gesteuerte abscheidung von geschmolzenem metall
CN115799354B (zh) * 2022-11-03 2023-06-06 中国科学院力学研究所 一种调控激光金属化栅线几何形貌的方法

Family Cites Families (45)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4752455A (en) * 1986-05-27 1988-06-21 Kms Fusion, Inc. Pulsed laser microfabrication
US4895735A (en) * 1988-03-01 1990-01-23 Texas Instruments Incorporated Radiation induced pattern deposition
US5173441A (en) * 1991-02-08 1992-12-22 Micron Technology, Inc. Laser ablation deposition process for semiconductor manufacture
US5292559A (en) * 1992-01-10 1994-03-08 Amp Incorporated Laser transfer process
JP3077428B2 (ja) * 1992-11-30 2000-08-14 東陶機器株式会社 ガスセンサの電極構造及びその製造方法
US5683601A (en) * 1994-10-24 1997-11-04 Panasonic Technologies, Inc. Laser ablation forward metal deposition with electrostatic assisted bonding
US6025110A (en) * 1997-09-18 2000-02-15 Nowak; Michael T. Method and apparatus for generating three-dimensional objects using ablation transfer
US6159832A (en) * 1998-03-18 2000-12-12 Mayer; Frederick J. Precision laser metallization
US6177151B1 (en) * 1999-01-27 2001-01-23 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Matrix assisted pulsed laser evaporation direct write
BE1013237A3 (fr) * 2000-01-20 2001-11-06 Wallonia Space Logistics En Ab Procede d'enlevement local d'un revetement applique sur un substrat translucide ou transparent.
US6440503B1 (en) * 2000-02-25 2002-08-27 Scimed Life Systems, Inc. Laser deposition of elements onto medical devices
JP2002243689A (ja) * 2001-02-15 2002-08-28 Denso Corp 容量式湿度センサおよびその製造方法
WO2002066550A1 (en) * 2001-02-20 2002-08-29 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Naval Research Laboratory Generation of biomaterial microarrays by laser transfer
JP3855950B2 (ja) * 2003-03-19 2006-12-13 株式会社デンソー 容量式湿度センサ
US7381440B2 (en) * 2003-06-06 2008-06-03 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Biological laser printing for tissue microdissection via indirect photon-biomaterial interactions
WO2005024908A2 (en) * 2003-09-05 2005-03-17 Si2 Technologies, Inc. Laser transfer articles and method of making
CN100550444C (zh) * 2004-09-29 2009-10-14 奥斯兰姆奥普托半导体有限责任公司 用于制造薄膜半导体芯片的方法以及薄膜半导体芯片
US7626138B2 (en) * 2005-09-08 2009-12-01 Imra America, Inc. Transparent material processing with an ultrashort pulse laser
JP2007322184A (ja) * 2006-05-31 2007-12-13 Ngk Spark Plug Co Ltd アンモニアガスセンサ
WO2008058949A2 (de) * 2006-11-16 2008-05-22 Siemens Aktiengesellschaft Sensorelement, vorrichtung und verfahren zur inspektion einer leiterbahnstruktur, herstellungsverfahren für sensorelement
US8728589B2 (en) * 2007-09-14 2014-05-20 Photon Dynamics, Inc. Laser decal transfer of electronic materials
US7609068B2 (en) * 2007-10-04 2009-10-27 Delphi Technologies, Inc. System and method for particulate sensor diagnostic
US8446706B1 (en) * 2007-10-10 2013-05-21 Kovio, Inc. High precision capacitors
KR101596525B1 (ko) * 2007-10-10 2016-02-22 씬 필름 일렉트로닉스 에이에스에이 고신뢰도 감시 및/또는 식별 태그/장치와 그 제조 및 사용 방법
US8056222B2 (en) * 2008-02-20 2011-11-15 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Laser-based technique for the transfer and embedding of electronic components and devices
KR20110046439A (ko) * 2008-07-24 2011-05-04 코비오 인코포레이티드 알루미늄 잉크 및 이의 제조 방법, 알루미늄 잉크 증착 방법 및 알루미늄 잉크의 인쇄 및/또는 증착에 의해 형성된 필름
DE102009020774B4 (de) * 2009-05-05 2011-01-05 Universität Stuttgart Verfahren zum Kontaktieren eines Halbleitersubstrates
ES2671594T3 (es) * 2010-03-04 2018-06-07 INSERM (Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale) Puesto de bioimpresión, ensamblaje que comprende dicho puesto de bioimpresión y método de bioimpresión
GB201009847D0 (en) * 2010-06-11 2010-07-21 Dzp Technologies Ltd Deposition method, apparatus, printed object and uses
AU2011279374A1 (en) * 2010-07-12 2013-02-07 Filaser Usa Llc Method of material processing by laser filamentation
DE102010026960A1 (de) * 2010-07-12 2012-01-12 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Photovoltaische Solarzelle und Verfahren zur Herstellung einer photovoltaischen Solarzelle
CN103597589B (zh) * 2011-04-11 2017-02-15 北达科他州立大学研究基金会 分立元件的选择性激光辅助的转移
CN103299179A (zh) * 2011-06-06 2013-09-11 松下电器产业株式会社 焦磷酸的测定方法以及snp分型方法
US9588073B2 (en) * 2012-12-19 2017-03-07 Robert Bosch Gmbh Resistive MEMS humidity sensor
DE102013110291A1 (de) * 2013-03-06 2014-09-11 Heraeus Sensor Technology Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Rußsensors mit einem Laserstrahl
US9102007B2 (en) * 2013-08-02 2015-08-11 Rofin-Sinar Technologies Inc. Method and apparatus for performing laser filamentation within transparent materials
KR101794828B1 (ko) * 2013-08-28 2017-11-09 에이피시스템 주식회사 막 분리 장치
DE102013109480A1 (de) * 2013-08-30 2015-03-05 Hanergy Holding Group Ltd. Verfahren zur Laser-Strukturierung von Dünnschichten auf einem Substrat für die Herstellung monolithisch verschalteter Dünnschichtsolarzellen und Herstellungsverfahren für ein Dünnschichtsolarmodul
KR102279622B1 (ko) * 2013-10-14 2021-07-20 오르보테크 엘티디. 다중 복합 재료 구조 lift 인쇄
US10252507B2 (en) * 2013-11-19 2019-04-09 Rofin-Sinar Technologies Llc Method and apparatus for forward deposition of material onto a substrate using burst ultrafast laser pulse energy
US20170189995A1 (en) * 2014-05-27 2017-07-06 Orbotech Ltd. Printing of 3d structures by laser-induced forward transfer
KR102353254B1 (ko) * 2014-08-07 2022-01-18 오르보테크 엘티디. 리프트 인쇄 시스템
EP3207772B1 (de) * 2014-10-19 2024-04-17 Orbotech Ltd. Lift-drucken von leiterbahnen auf ein halbleitersubstrat
GB2545443A (en) * 2015-12-16 2017-06-21 Inst Of Communication And Computer Systems(Iccs)-National Technical Univ Of Athens (Ntua) Method for activating click reactions through laser induced forward transfer of molecules
CN106198648B (zh) * 2016-09-14 2020-12-01 扬州大学 一种室温氢气传感器的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
US10899154B2 (en) 2021-01-26
US20190016166A1 (en) 2019-01-17
CN109249020B (zh) 2021-06-29
CN109249020A (zh) 2019-01-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102018005010A1 (de) Transfer und Aufschmelzen von Schichten
EP0478956B1 (de) Mikromechanisches Element
DE3901492C2 (de)
EP0445382B1 (de) Drucksensor und dessen Herstellverfahren
EP3244181B1 (de) Verfahren zur herstellung eines sensorelements mittels laserstrukturierung
EP2686653B1 (de) Keramische druckmesszelle und verfahren zu ihrer herstellung
WO2005080029A1 (de) Verfahren und einrichtung zum erzeugen von steuerungsdatensätzen für die herstellung von produkten durch freiform-sintern bzw. -schmelzen sowie vorrichtung für diese herstellung
DE112013004006B4 (de) Element zur oberflächenverstärkten Ramanstreuung
DE3425063A1 (de) Maske fuer die roentgenlithographie
DE3119682C2 (de)
DE10245313A1 (de) Dünnfilm-Thermistor und Verfahren zum Einstellen des Widerstands desselben
EP0082934B1 (de) Feuchtigkeitsfühler und Verfahren zu seiner Herstellung
DE3524196C2 (de)
DE102014008030A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer elektrostatischen Haltevorrichtung
DE3008572A1 (de) Druckmessdose
DE102011014162B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Trägers eines elektrostatischen Clamps
EP0890831A2 (de) Kondensatoranordnung und Herstellungsverfahren
WO2016128247A1 (de) Thermoelektrischer sensor und herstellungsverfahren
DE102019120954B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer Klebeverbindung, Trägerplatte für die Herstellung einer Klebeverbindung und Klebevorrichtung zur Herstellung einer Klebeverbindung
EP4118048B1 (de) Verfahren zur umformenden bearbeitung eines trägersubstrates für ein optisches funktionsbauteil
DE3150056A1 (de) "maske zur verwendung bei lithopraphischen verfahren"
EP0104684B1 (de) Maske für die Mustererzeugung in Lackschichten mittels Röntgenstrahllithographie und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE3930326C2 (de)
DE3117827A1 (de) Verfahren zur herstellung von messwiderstaenden fuer widerstandsthermometer und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens
DE2840553A1 (de) Verfahren und anordnung zum herstellen von leitungsmustern im bereich von weniger als von 10 nanometern oder weniger

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified