WO2019086316A1

WO2019086316A1 - Method for coating a metal surface with a metal material

Info

Publication number: WO2019086316A1
Application number: PCT/EP2018/079238
Authority: WO
Inventors: Nicole Ritschel; Christian Vedder; Jochen Stollenwerk; Florian Fuchs
Original assignee: Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V.
Priority date: 2017-10-30
Filing date: 2018-10-25
Publication date: 2019-05-09
Also published as: DE102017219435A1

Abstract

The invention relates to a method for coating a metal surface with a metal material, in particular a precious metal. A layer (3) with micro and/or nanoparticles of the metal material is applied onto the surface region to be coated. The layer (3) is then sintered using one or more energetic beams (5) in a first machining phase. The sintered layer (4) is then completely melted using one or more energetic beams (7) in a second machining phase in order to form a homogenous layer (9) out of the metal material and in order to melt same to the surface. The method allows the production of a homogeneous coating with a metal material, said coating being rigidly connected to the surface.

Description

Verfahren zur Beschichtung einer metallischen Oberfläche mit einem metallischen Material Process for coating a metallic surface with a metallic material

Technisches Anwendungsgebiet Technical application

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung einer metallischen Oberfläche mit einem metallischen Material, insbesondere einem The present invention relates to a method for coating a metallic surface with a metallic material, in particular a

Edelmetall, bei dem eine Schicht mit Mikro- und/oder Nanopartikeln des metallischen Materials auf einen oder mehrere zu beschichtende Bereiche der Oberfläche aufgetragen und anschließend mit energetischer Strahlung bearbeitet wird, um die Beschichtung herzustellen. Precious metal in which a layer of micro- and / or nanoparticles of the metallic material is applied to one or more areas of the surface to be coated and then processed with energetic radiation to produce the coating.

Das Verfahren eignet sich unter anderem zur The method is suitable, inter alia, for

Beschichtung elektrischer Kontaktflächen mit einem Edelmetall wie beispielsweise Gold. Die Vergoldung elektrischer Bauteilkomponenten erfolgt bisher mittels Galvanik-, PVD- oder CVD-Verfahren, um einerseits größere elektrische Kontakt- und Übergangsleitfähig- keiten an elektrischen Kontaktflächen und andererseits eine geringere Korrosion zu erzielen. Damit wird eine Verringerung der Verlustleistung und auch von Coating of electrical contact surfaces with a noble metal such as gold. The gilding of electrical components is done so far by means of electroplating, PVD or CVD method, on the one hand to achieve greater electrical contact and Übergangsleitfähig- opportunities on electrical contact surfaces and on the other hand, a lower corrosion. This is a reduction of power loss and also of

Störsignalen erreicht. Die bisherigen Verfahren Interference signals reached. The previous methods

ermöglichen eine teilweise oder vollständige Vergoldung der Bauteile, weisen jedoch eine Anzahl von Nachteilen auf. So ist mit diesen Verfahren eine ortsselektive Beschichtung mit Gold nur an den elektronisch allow partial or complete gold plating of the components, but have a number of disadvantages. Thus, with these methods, a site-selective coating with gold is only on the electronic

relevanten Stellen des Bauteils nur eingeschränkt möglich. Daraus resultiert ein erhöhter Verbrauch von Gold und somit erhöhte Herstellungskosten. Der Einsatz der oben genannten Beschichtungsverfahren erfordert teils große Mengen an Chemikalien. Diese müssen Relevant points of the component only limited possible. This results in increased consumption of gold and thus increased production costs. The use The above coating process sometimes requires large quantities of chemicals. These must

aufwändig zur Verfügung gestellt werden und sind zum Teil umweltschädlich. Für PVD-Beschichtungen werden energieintensive Vakuumprozesse benötigt. Mittels are made available and are partly harmful to the environment. PVD coatings require energy-intensive vacuum processes. through

PVD/CVD oder Galvanik aufgebrachte Gold- oder PVD / CVD or electroplated gold or plating

Hartgoldschichten zeigen einen geringen Hard gold layers show a low

Verschleißschutz. Sie werden durch Steck-Zieh-Vorgänge, wie sie in der Kontaktindustrie notwendig sind, von der Bauteiloberfläche gekratzt und verlieren damit ihre Funktion. Auch eine Inline-Beschichtung der Bauteile mit Gold oder anderen Edelmetallen ist mit den oben beschriebenen Beschichtungsverfahren nicht oder nur eingeschränkt möglich. Dies erfordert eine Unter- brechung der Fertigungslinie durch zusätzliches Ausbzw. Einschleusen der Bauteile und führt somit zu einem erhöhten Produktionsaufwand. Wear protection. They are scratched from the component surface by plug-and-pull processes, as they are necessary in the contact industry, and thus lose their function. An inline coating of the components with gold or other precious metals is not or only partially possible with the coating methods described above. This requires an interruption of the production line by additional Ausbzw. Sliding the components and thus leads to increased production costs.

Stand der Technik State of the art

Zur Vermeidung der obigen Problematik ist es bekannt, mikro- oder nanopartikuläre Schichten aus Gold auf die metallische Oberfläche aufzubringen und To avoid the above problem, it is known to apply micro- or nanoparticulate layers of gold on the metallic surface and

anschließend durch Bearbeitung mit Laserstrahlung zu sintern oder zu schmelzen. Allerdings werden die mikropartikulären Goldschichten bei der kontinuierlichen Beaufschlagung mit Laserstrahlung durch den sogenannten Balling-Effekt beeinflusst. Das Gold zieht sich im flüssigen Zustand durch die Oberflächenspannung zu Kugeln zusammen, wodurch die Ausbildung einer homogenen Goldschicht verhindert wird. Auch eine then to sinter or melt by machining with laser radiation. However, the microparticulate gold layers are influenced by the so-called balling effect during continuous exposure to laser radiation. The gold contracts in the liquid state by the surface tension into balls, whereby the formation of a homogeneous gold layer is prevented. Also one

Haftung zwischen der Oberfläche des Substrats und dem erstarrten Gold kommt dadurch nicht in ausreichendem Maße zustande. Bei der laserbasierten Sinterung mikropartikulärer Goldschichten in gepulstem Laserbetrieb entsteht wiederum nur eine geringe Haftung zwischen Substratoberfläche und Goldschicht. Die entstandene Goldschicht blättert während des Laserprozesses vom Substrat ab. Adhesion between the surface of the substrate and the solidified gold is thus insufficient Measures. In the laser-based sintering of microparticulate gold layers in pulsed laser operation, in turn, only a slight adhesion between the substrate surface and the gold layer is produced. The resulting gold layer peels off during the laser process from the substrate.

Aus M. Khan et al., „Selective Laser Melting (SLM) of Gold (Au)", Rapid Prototyping Journal, Vol. 18, 2012, Seiten 81 bis 94 ist ein Verfahren zur From M. Khan et al., "Selective Laser Melting (SLM) of Gold (Au)", Rapid Prototyping Journal, Vol. 18, 2012, pages 81 to 94 is a method of

Beschichtung einer metallischen Oberfläche mit Gold bekannt, bei dem eine Schicht mit Mikropartikeln aus Gold auf die Oberfläche aufgebracht und mit kontinuierlicher Laserstrahlung vollständig aufgeschmolzen wird, um die Oberfläche mit dem Gold zu beschichten. Bei diesem Verfahren wurde versucht, durch Anpassung der Scan-Geschwindigkeit und Leistung des Laserstrahls den Balling-Effekt zu minimieren. Eine vollständige Gold coating of a metallic surface is known in which a layer of microparticles of gold is applied to the surface and completely melted with continuous laser radiation to coat the surface with the gold. This method attempts to minimize the balling effect by adjusting the scanning speed and power of the laser beam. A complete

Verhinderung dieses Effekts konnte jedoch nicht gezeigt werden . However, prevention of this effect could not be demonstrated.

Aus der KR 10 2013 0023732 A ist ein Verfahren zur Beschichtung eines Substrates mit einem metallischen Material bekannt, bei dem das metallische Material in nanopartikulärer Form auf die Oberfläche aufgebracht und anschließend mit einem gepulsten Laserstrahl gesintert wird, um die Beschichtung herzustellen. Durch den Sinterprozess kommt es allerdings nicht zu einer vollständigen Verschmelzung der partikulären Metall- schicht und auch nicht zu einer Verschmelzung mit dem Substratmaterial. Auch die JP 2015-067855 A beschreibt ein derartiges Verfahren, bei dem eine nanopartikuläre Goldschicht mittels Lasersintern auf einer metallischen Oberfläche fixiert wird. From KR 10 2013 0023732 A a method for coating a substrate with a metallic material is known, in which the metallic material is applied in nanoparticulate form on the surface and then sintered with a pulsed laser beam to produce the coating. However, the sintering process does not lead to a complete fusion of the particulate metal layer and also to a fusion with the substrate material. Also, JP 2015-067855 A describes such a method in which a nanoparticulate Gold layer is fixed by laser sintering on a metallic surface.

Aus der DE 10 2012 223 556 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle bekannt, bei dem zum Aufbringen metallischer Leitbahnen zunächst eine From DE 10 2012 223 556 A1 a method for producing a solar cell is known, in which for the application of metallic interconnects first a

Leitpaste lokal auf die zu beschichtenden Bereiche der Oberfläche aufgebracht, getrocknet und anschließend durch Laserstrahlung gesintert wird. Auch hier können jedoch die bereits oben angeführten Probleme mangelnder Haftung auftreten. Conductive paste applied locally to the areas of the surface to be coated, dried and then sintered by laser radiation. Again, however, the above-mentioned problems of lack of adhesion can occur.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Beschichtung einer metal- lischen Oberfläche mit einem metallischen Material anzugeben, mit dem eine feste, Stoffschlüssige The object of the present invention is to provide a method for coating a metallic surface with a metallic material with which a solid, cohesive

Verbindung der Beschichtung mit der Oberfläche erreicht wird und das sich insbesondere zur Veredelung Connection of the coating is achieved with the surface and in particular for finishing

elektrischer Kontakte mit Edelmetallschichten eignet. electrical contacts with noble metal layers is suitable.

Darstellung der Erfindung Presentation of the invention

Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß The object is achieved with the method according to

Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Claim 1 solved. Advantageous embodiments of the method are the subject of the dependent

Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie dem Ausführungsbeispiel entnehmen. Claims or can be found in the following description and the embodiment.

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird eine metallische Oberfläche mit einem metallischen Material, insbesondere einem Edelmetall, beschichtet. Hierzu wird zunächst eine mikro- und/oder nanopartikuläre Schicht des metallischen Materials, im Folgenden auch als Schicht mit Mikro- und/oder Nanopartikeln bezeichnet, auf einen oder mehrere zu beschichtende Bereiche der Oberfläche aufgetragen. Vorzugsweise wird aus In the proposed method, a metallic surface is coated with a metallic material, in particular a noble metal. For this purpose, first a micro- and / or nanoparticulate layer of the metallic material, hereinafter also as Layer with micro- and / or nanoparticles, applied to one or more areas of the surface to be coated. Preferably, off

Kostengründen eine mikropartikuläre Schicht des Cost reasons, a microparticulate layer of

metallischen Materials aufgebracht. Das Aufbringen der mikro- und/oder nanopartikulären Schicht kann applied metallic material. The application of the micro- and / or nanoparticulate layer can

beispielsweise mittels Rakeln, Dipcoating, Spincoating, Tampondruck oder formgebender Druckverfahren wie InkJet, Pipejet, Dispenser usw. durchgeführt werden. For example, by doctoring, dipcoating, spin coating, pad printing or forming printing processes such as inkjet, Pipejet, dispensers, etc. are performed.

Enthält die Schicht mit Mikro- und/oder Nanopartikeln weitere Bestandteile, insbesondere Lösungs- bzw. Contains the layer with micro and / or nanoparticles other ingredients, in particular solution or

Dispergier- und/oder Bindemittel, so werden diese vorzugsweise nach dem Aufbringen der Schicht in einem Trocknungsschritt und gegebenenfalls einem daran anschließend Entbinderungsschritt entfernt. Die Dispersing and / or binder, they are preferably removed after the application of the layer in a drying step and optionally a subsequent debinding step. The

Trocknung der Schicht mit Mikro- und/oder Nanopartikeln umfasst dabei das Verdampfen niedrig siedender Anteile des Vehikels bzw. Transportmediums der Mikro- und/oder Nanopartikel . Bei der Entbinderung werden die übrigen Anteile des Vehikels der Mikro- und/oder Nanopartikeln bei größeren Temperaturen verdampft. Drying of the layer with micro- and / or nanoparticles comprises evaporation of low-boiling fractions of the vehicle or transport medium of the micro- and / or nanoparticles. During debindering, the remaining portions of the vehicle of the micro- and / or nanoparticles are evaporated at higher temperatures.

Die Schicht mit Mikro- und/oder Nanopartikeln wird dann in einer ersten Bearbeitungsphase zunächst mit einem oder mehreren ersten energetischen Strahlen gesintert, um eine aus den Mikro- und/oder Nanopartikeln gesinterte Schicht auf der Oberfläche zu erhalten. Auch der vorzugsweise durchgeführte The layer of micro- and / or nanoparticles is then first sintered in a first processing phase with one or more first energetic beams to obtain a sintered layer of the micro- and / or nanoparticles on the surface. Also preferably carried out

Trocknungs- und/oder Entbinderungsschritt kann mit energetischen Strahlen durchgeführt werden. Die auf diese Weise gesinterte Schicht wird anschließend in einer zweiten Bearbeitungsphase mit einem oder mehreren zweiten energetischen Strahlen vollständig aufgeschmolzen, um eine homogene Schicht aus dem Drying and / or debinding step can be carried out with energetic rays. The thus sintered layer is then in a second processing phase with one or more second energetic rays completely melted to form a homogeneous layer out of the

metallischen Material zu bilden und mit der Oberfläche zu verschmelzen. Die ersten und zweiten energetischen Strahlen, insbesondere Laserstrahlen, werden in den beiden Bearbeitungsphasen jeweils mit Scanbewegungen über die Schicht mit den Mikro- und/oder Nanopartikeln bzw. die gesinterte Schicht geführt. Die ersten und zweiten energetischen Strahlen können dabei aus der gleichen Strahlquelle oder auch aus unterschiedlichen Strahlquellen stammen. Vorzugsweise wird der Sinter- prozess der ersten Bearbeitungsphase mit gepulster energetischer Strahlung und der Schmelzprozess der zweiten Bearbeitungsphase mit kontinuierlicher forming metallic material and merging with the surface. The first and second energy beams, in particular laser beams, are guided in the two processing phases in each case with scanning movements over the layer with the microparticles and / or nanoparticles or the sintered layer. The first and second energetic beams can originate from the same beam source or from different beam sources. Preferably, the sintering process of the first processing phase with pulsed energetic radiation and the melting process of the second processing phase with continuous

energetischer Strahlung durchgeführt. performed energetic radiation.

Durch den mehrstufigen Bearbeitungsprozess mit der energetischen Strahlung werden die oben angeführten Nachteile bei der Beschichtung einer metallischen Due to the multi-stage machining process with the energetic radiation, the above-mentioned disadvantages in the coating of a metallic

Oberfläche mit einem metallischen Material vermieden.Surface with a metallic material avoided.

So wird durch das vollständige Aufschmelzen der Schicht mit den Mikro- und/oder Nanopartikeln in der zweiten Bearbeitungsphase eine homogene Schicht, d.h. eine Schicht, in der durch ein vollständiges Verschmelzen der Partikel keine partikuläre Struktur mehr vorliegt, sowie ein schmelzmetallurgisches Verbinden der Schicht mit dem Oberflächenmaterial erreicht. Dies führt zu einer festen Verbindung der Beschichtung mit der Thus, by completely melting the layer with the microparticles and / or nanoparticles in the second processing phase, a homogeneous layer, i. a layer in which a particulate structure is no longer present due to complete fusion of the particles, and a fusion-metallurgical bonding of the layer to the surface material is achieved. This leads to a firm connection of the coating with the

Oberfläche. Die bei einer derartigen Bearbeitung auftretenden Probleme des Ballings werden dadurch vermieden, dass in der vorangehenden ersten Surface. The problems of balling occurring in such a processing are avoided by the fact that in the preceding first

Bearbeitungsphase eine Sinterung der Schicht mit den Mikro- und/oder Nanopartikeln erfolgt, wodurch diese zueinander und zu der Oberfläche fixiert werden. Processing phase a sintering of the layer with the Micro- and / or nanoparticles takes place, whereby these are fixed to each other and to the surface.

Die Schicht mit den Mikro- und/oder Nanopartikeln des metallischen Materials wird bei dem vorgeschlagenen Verfahren vorzugsweise als Paste auf die Oberfläche aufgetragen, insbesondere mit einem Druckprozess , durch den die Paste ortsselektiv nur an den zu beschichtenden Bereichen der Oberfläche aufgebracht wird. In the proposed method, the layer containing the microparticles and / or nanoparticles of the metallic material is preferably applied to the surface as a paste, in particular by means of a printing process by which the paste is applied in a location-selective manner only to the areas of the surface to be coated.

Das Verfahren ermöglicht die Beschichtung einer metallischen Oberfläche mit einer Edelmetallschicht, beispielsweise zur Veredelung elektrischer Kontakte. Insbesondere besteht bei einer derartigen Anwendung die Möglichkeit, das Edelmetall in kostengünstiger The method makes it possible to coat a metallic surface with a noble metal layer, for example for finishing electrical contacts. In particular, in such an application, the possibility of the precious metal in cheaper

mikropartikulärer Form aufzubringen, so dass Kosten gegenüber Verfahren eingespart werden, die eine microparticulate form, so that costs compared to procedures are saved, the one

Aufbringung in nanopartikulärer Form erfordern. In einer bevorzugten Ausführungsform wird für denRequire application in nanoparticulate form. In a preferred embodiment, for the

Sinterschritt in der ersten Bearbeitungsphase gepulste Laserstrahlung und für den Schmelzschritt in der zweiten Bearbeitungsphase kontinuierliche (continuous wave : cw) Laserstrahlung eingesetzt. Hierbei werden somit die Techniken des selektiven Lasersinterns sowie des selektiven Laserschmelzens eingesetzt. Alternativ können auch andere energetische Strahlen, beispielsweise Elektronen- oder Ionenstrahlen, für die beiden Bearbeitungsphasen eingesetzt werden. Sintering step in the first processing phase pulsed laser radiation and for the melting step in the second processing phase continuous (continuous wave: cw) laser radiation used. Thus, the techniques of selective laser sintering and selective laser melting are used. Alternatively, other energetic beams, for example electron beams or ion beams, can be used for the two processing phases.

Das Verfahren kann in unterschiedlichen Varianten durchgeführt werden. So kann in einer Variante der gesamte Funktionalisierungsprozess der aufgebrachten Schicht mit den Mikro- und/oder Nanopartikeln mit energetischen Strahlen, insbesondere Laserstrahlen, durchgeführt werden. Die aufgebrachte Schicht wird hierzu mit wenigstens einem energetischen Strahl einer Strahlquelle zunächst getrocknet und entbindert, und anschließend mit wenigstens einem energetischen Strahl einer Strahlquelle gesintert und mit wenigstens einem energetischen Strahl einer Strahlquelle geschmolzen. Die verwendeten Strahlquellen können, müssen aber nicht dieselben sein. The process can be carried out in different variants. Thus, in one variant, the entire functionalization process of the applied Layer with the micro and / or nanoparticles with energetic rays, in particular laser beams, are performed. For this purpose, the applied layer is first dried and debinded with at least one energetic beam of a beam source, and then sintered with at least one energetic beam of a beam source and melted with at least one energetic beam of a beam source. The beam sources used may or may not be the same.

In einer zweiten Variante erfolgt die Trocknung der zunächst aufgebrachten Schicht mit den Mikro- und/ oder Nanopartikeln durch eine zwischen das Aufbringen, beispielsweise Aufdrucken, und den anschließenden weiteren Funktionalisierungsprozess zwischengeschaltetes Verfahren, beispielsweise mittels VCSEL- Modul, IR-Strahler, Blitzlampe, Plasmabehandlung, Heißluftstrahl, Ofen oder Induktionsheizer. Der In a second variant, the drying of the initially applied layer with the microparticles and / or nanoparticles is effected by a process interposed between the application, for example printing, and the subsequent further functionalization process, for example by means of VCSEL module, IR radiator, flash lamp, plasma treatment, Hot air jet, oven or induction heater. The

nachfolgende Bearbeitungsprozess mit den energetischen Strahlen umfasst dann die Entbinderung und das Sintern und Schmelzen der Schicht. Auch hierzu können gleiche oder auch unterschiedliche Strahlquellen eingesetzt werden . Subsequent machining process with the energetic rays then involves debinding and sintering and melting of the layer. Also, this same or different beam sources can be used.

In einer dritten Variante werden die Trocknung und die Entbinderung durch ein zwischen das Aufbringen und den anschließenden weiteren Funktionalisierungsprozess zwischengeschaltetes Verfahren durchgeführt. Dies kann wiederum beispielsweise mittels VCSEL-Modul, IR- Strahler, Ofen, oder Induktionsheizer erfolgen. Der nachfolgende Bearbeitungsprozess mit den energetischen Strahlen umfasst dann das Sintern und Schmelzen der aufgebrachten Schicht unter Nutzung einer oder mehrerer Strahlquellen . In a third variant, drying and debinding are carried out by a process interposed between the application and the subsequent further functionalization process. This can in turn be done, for example, by means of a VCSEL module, IR radiator, oven, or induction heater. The subsequent processing process with the energetic rays then includes sintering and melting applied layer using one or more beam sources.

Mit dem vorgeschlagenen mehrstufigen Verfahren wird eine homogen mit der Oberfläche verschmolzene Schicht aus dem metallischen Material und damit eine ausreichende Haftung zwischen dieser Schicht und dem Oberflächenmaterial erreicht. Der unerwünschte Effekt des Ballings wird durch den Schritt des Sinterns der Schicht in der ersten Bearbeitungsphase umgangen. Das Verfahren ist inline-fähig . Ein Aus- und Einschleusen von zu beschichtenden Bauteilen aus der Fertigungslinie ist nicht erforderlich. Der Einsatz von Chemikalien wird im Vergleich zu CVD-Verfahren deutlich reduziert. Umweltschädliche Galvanikverfahren werden vermieden. Energieintensive Vakuumbeschichtungsprozesse werden ebenfalls vermieden. Durch die Selektivität des With the proposed multi-stage process, a homogeneously fused with the surface layer of the metallic material and thus a sufficient adhesion between this layer and the surface material is achieved. The undesirable effect of balling is bypassed by the step of sintering the layer in the first processing phase. The procedure is inline-capable. It is not necessary to remove and insert components to be coated from the production line. The use of chemicals is significantly reduced compared to CVD processes. Environmentally harmful electroplating processes are avoided. Energy-intensive vacuum coating processes are also avoided. By the selectivity of the

Verfahrens wird bei der Beschichtung mit Edelmetallen der Einsatz von übermäßigen Edelmetallressourcen verhindert. Insgesamt werden somit die Produktionskosten gesenkt. Die Schichtgeometrien können von Process is prevented in the coating with precious metals of the use of excessive precious metal resources. Overall, the production costs are thus reduced. The layer geometries can be from

Bauteil zu Bauteil angepasst werden. Dies ist Component to component to be adapted. This is

insbesondere in der zunehmenden Variantenvielfalt der Produkte oder Halbzeuge bei immer kleiner werdenden Losgrößen von Vorteil. Die Rüstzeiten in der Produktion werden verkürzt und individualisierte Massenprodukte können On-Demand produziert werden. especially in the increasing variety of products or semi-finished products with ever smaller lot sizes advantage. The set-up times in the production are shortened and individualized mass-produced products can be produced on-demand.

Das Verfahren eignet sich besonders für die The method is particularly suitable for

Herstellung von Edelmetallschichten auf Oberflächen aus anderen Metallen, beispielsweise für die selektive Kontaktvergoldung. Ein bevorzugtes technisches Production of noble metal layers on surfaces of other metals, for example for the selective contact gold plating. A preferred technical

Anwendungsgebiet stellt damit die ortsselektive Kontaktveredelung von Elektronikbauteilen sowie die selektive Veredelung von Objekten mit Edelmetallschichten, insbesondere Goldschichten, dar. Derartige Schichten können auch für den ortsselektiven oder flächigen Korrosions- oder Verschleißschutz eingesetzt werden. Das Verfahren kann zur Beschichtung zweidimensionaler wie auch dreidimensionaler Bauteile eingesetzt werden. Bei Bedarf können mit dem Verfahren auch nicht-edelmetallische Schichten aufgebracht werden. Application field thus provides the location-selective Contact refinement of electronic components as well as the selective finishing of objects with noble metal layers, in particular gold layers, dar. Such layers can also be used for site-selective or surface corrosion or wear protection. The method can be used for coating two-dimensional as well as three-dimensional components. If necessary, non-noble metal layers can also be applied by the method.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

Das vorgeschlagene Verfahren wird nachfolgend nhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den eichnungen nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen: The proposed method will be explained in more detail below nhand an embodiment in conjunction with the calibrations. Hereby show:

Fig. 1 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Fig. 1 is a schematic flow diagram of a

Ausführungsbeispiels des vorgeschlagenen Verfahrens; und Embodiment of the proposed method; and

Fig.2 ein Beispiel für die Durchführung der unterschiedlichen Verfahrensschritte gemäß einem Ausführungsbeispiels des vorgeschlagenen Verfahrens. 2 shows an example of the implementation of the different method steps according to an embodiment of the proposed method.

Wege zur Ausführung der Erfindung Ways to carry out the invention

Im nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird eine metallische Kontaktschicht, beispielsweise aus vernickeltem Kupfer, eines elektronischen Bauteils mit einer Gold-Beschichtung veredelt, um deren In the exemplary embodiment described below, a metallic contact layer, for example made of nickel-plated copper, of an electronic component with a gold coating is finished, in order to have the same

elektrische Kontakt- und Übergangsleitfähigkeit zu erhöhen und eine geringere Korrosion der Kontaktfläche zu erzielen. Das vorgeschlagenen mehrstufige Verfahren umfasst hierbei das Auftragen einer mikropartikulären Goldschicht, die Trocknung und Entbinderung dieser Schicht, das Lasersintern der aufgetragenen Schicht sowie das abschließende Laserschmelzen der gesinterten Schicht, wie dies schematisch im Ablaufdiagramm der Figur 1 dargestellt ist. Figur 2a zeigt hierzu stark schematisiert ein elektronisches Bauteil mit einem Substrat 1 und einer darauf aufgebrachten metallischen Schicht 2, die als elektrische Kontaktschicht dient. Im ersten Schritt des vorgeschlagenen Verfahrens wird im vorliegenden electrical contact and transition conductivity to increase and achieve a lower corrosion of the contact surface. The proposed multi-stage process here comprises the application of a microparticulate gold layer, the drying and debindering of this layer, the laser sintering of the applied layer and the final laser melting of the sintered layer, as shown schematically in the flowchart of FIG. FIG. 2 a shows a highly schematic representation of an electronic component having a substrate 1 and a metallic layer 2 applied thereto, which serves as an electrical contact layer. In the first step of the proposed method is in the present

Beispiel auf die Oberfläche der metallischen Schicht 2 eine Goldpaste 3 aufgedruckt (Fig. 2b), die Mikro- partikel aus Gold sowie weitere Bestandteile wie Example, on the surface of the metallic layer 2 a gold paste 3 printed (Fig. 2b), the microparticles of gold and other ingredients such as

Lösungs- und Bindemittel enthält. Im vorliegenden Solvent and binder contains. In the present

Beispiel erfolgt anschließend ein Trocknungs- und Example, followed by a drying and

Entbinderungsschritt , bei dem die aufgedruckte Debinding step, in which the printed

Goldpaste 3 mit IR-Strahlung 11 beleuchtet wird, um diese weiteren Bestandteile der Goldpaste zu Gold paste 3 is illuminated with IR radiation 11 to allow these other components of the gold paste

verdampfen. Dies ist in Fig. 2c schematisch evaporate. This is schematic in Fig. 2c

dargestellt. Dieser Schritt kann auch mit anderen shown. This step can also be done with others

Mitteln, beispielsweise mit Hilfe eines oder mehrerer Laserstrahlen wie bei den nachfolgenden Schritten erfolgen . Means, for example, with the help of one or more laser beams as in the subsequent steps take place.

Nach dem Aufdrucken der Goldpaste 3 sowie dem vorangeschalteten Trocknungs- und/oder Entbinderungsschritt erfolgt ein mehrstufiger Laserfunktionali- sierungsprozess der gedruckten Goldschicht. Dieser umfasst den Einsatz von gepulster und Dauerstrich- Laserstrahlung (cw) und das gezielte Führen (Scannen) des Laserstrahls über die Schicht - bevorzugt linien- oder mäanderförmig . Dadurch wird das Funktionalisieren der gedruckten mikropartikulären Goldschicht erreicht. In der ersten Bearbeitungsphase erfolgt hierbei die Bearbeitung der aufgedruckten Schicht mittels eines gepulsten Laserstrahls 5 einer Laserstrahlquelle 6, der mit einem geeigneten Strahlführungssystem 10, bspw. einem Galvanoscanner, über die Schicht geführt wird (Fig. 2d) . Durch diesen Prozess wird die aufgebrachte Goldschicht gesintert und damit die Mikropartikel gegenseitig fixiert. Durch das Sintern wird ein After printing on the gold paste 3 and the preceding drying and / or debinding step, a multi-stage laser functionalization process of the printed gold layer takes place. This includes the use of pulsed and continuous wave Laser radiation (cw) and the targeted guiding (scanning) of the laser beam over the layer - preferably in a line or meander shape. This achieves functionalization of the printed microparticulate gold layer. In the first processing phase, the printed layer is processed by means of a pulsed laser beam 5 of a laser beam source 6, which is guided over the layer with a suitable beam guidance system 10, for example a galvano scanner (FIG. 2d). Through this process, the applied gold layer is sintered and thus the microparticles mutually fixed. By sintering becomes one

Aufschmelzen der Mikropartikel an deren Oberfläche erreicht, so dass diese an der Oberfläche miteinander verschmelzen. Die entsprechend gesinterte Schicht 4 wird anschließend in einer zweiten Bearbeitungsphase mit einem cw-Laserstrahl 7 eines cw-Lasers 8 Melting the microparticles reaches the surface, so that they merge together on the surface. The corresponding sintered layer 4 is then in a second processing phase with a cw laser beam 7 of a cw laser. 8

vollständig aufgeschmolzen, so dass die Goldpartikel zu einer homogenen Schicht 9 verschmelzen (Fig. 2e) , die mit dem metallischen Material der metallischen Schicht 2 schmelzmetallurgisch verbunden wird. Diese completely melted so that the gold particles merge into a homogeneous layer 9 (FIG. 2e), which is fusion-metallurgically bonded to the metallic material of the metallic layer 2. These

Bearbeitung erfolgt wiederum mit einem in Fig. 2e schematisch dargestellten Scanner 10. Als Ergebnis wird eine wie oben beschriebene mit dem Substrat 1 bzw. der metallischen Schicht 2 auf dem Substrat 1 verbundene Goldschicht 9 erhalten. Processing is again effected with a scanner 10 shown schematically in FIG. 2e. As a result, a gold layer 9 connected to the substrate 1 or the metallic layer 2 on the substrate 1 as described above is obtained.

In einem Ausführungsbeispiel wird eine Laseranlage mit einer Wellenlänge von λ = 1062 ± 3nm für die In one embodiment, a laser system with a wavelength of λ = 1062 ± 3nm for the

Laserbearbeitung eingesetzt. Diese Laseranlage wird im vorliegenden Beispiel für beide Bearbeitungsphasen des Verfahrens eingesetzt. Die Goldpaste wird hierzu mit einer Schichtdicke (Goldpartikel auf Substrat) in getrocknetem Zustand von d_s = 12,4 ± 1,6μm auf die Laser processing used. This laser system is used in the present example for both processing phases of the process. The gold paste is coated with a layer thickness (gold particles on substrate) dried state of d _s = 12.4 ± 1.6μm on the

Oberfläche aufgebracht. Die Partikelgröße beträgt 1,48 μm (Median) . Der Trocknungsprozess wird in einer IR- Strecke oder, einem IR-Ofen bei 280° für zehn Minuten durchgeführt. Das Endbindern erfolgt bereits mit gepulster Laserstrahlung, wobei folgende Bearbeitungsparameter eingesetzt werden: Energiedichte E_P = 3,4 J/cm², Pulsdauer t_p = 7ns. Für das anschließende Sintern mit einem gepulstenSurface applied. The particle size is 1.48 μm (median). The drying process is carried out in an IR line or, an IR oven at 280 ° for ten minutes. The final binder already takes place with pulsed laser radiation, the following processing parameters being used: energy density E _P = 3.4 J / cm ² , pulse duration t _p = 7 ns. For subsequent sintering with a pulsed

Laserstrahl wurden folgende Prozessparameter gewählt. Die Energiedichte betrug E_P = 5,5 J/cm² bei einer Laser beam, the following process parameters were selected. The energy density was E _P = 5.5 J / cm ² at one

Pulsdauer von t_p = 7ns. Für die zweite Bearbeitungsphase des Schmelzens mit einem cw-Laserstrahl wurde eine Laserstrahlintensität von I = 4,4 MW/cm² bei einer Pulse duration of t _p = 7ns. For the second processing phase of melting with a cw laser beam, a laser beam intensity of I = 4.4 MW / cm ² at a

Scangeschwindigkeit von V_SCAN = 2000 mm/s gewählt. Die vorgenannten Werte stellen nur ein konkretesScanning speed of V _SCAN = 2000 mm / s selected. The above values are only a concrete one

Ausführungsbeispiel dar und werden je nach Eigenschaften der beteiligten Materialien sowie der Dicke der zu erzeugenden Schichten gewählt. Dies gilt Embodiment and are selected depending on the properties of the materials involved and the thickness of the layers to be produced. this applies

insbesondere für die Laser- und Scanparameter. Die Wellenlänge der Laserstrahlung wird so gewählt, dass sie vollständig oder teilweise vom Substrat oder especially for the laser and scan parameters. The wavelength of the laser radiation is selected so that it is completely or partially from the substrate or

Bestandteilen der aufgebrachten Metallpaste absorbiert wird. Sie kann also in einem sehr weiten Wellenlängenbereich, beispielsweise zwischen 100 und 11000 nm oder auch darüber gewählt werden. Auch die Partikelgröße der eingesetzten Metallpartikel ist nicht kritisch. Components of the applied metal paste is absorbed. It can therefore be chosen in a very wide wavelength range, for example between 100 and 11000 nm or even higher. The particle size of the metal particles used is not critical.

Vorzugsweise liegen die Primärpartikelgrößen jedoch im Bereich < 10 μm. Die Schichtdicke der aufgebrachten Metallpaste liegt vorzugsweise bei < 100 μm. Preferably, however, the primary particle sizes are in the Range <10 μm. The layer thickness of the applied metal paste is preferably <100 microns.

Bezugs zeichenliste Reference sign list

1 Substrat 1 substrate

2 metallische Kontaktschicht 3 aufgedruckte Goldpaste 2 metallic contact layer 3 printed gold paste

4 gesinterte Goldschicht 4 sintered gold layer

5 gepulster Laserstrahl 5 pulsed laser beam

6 gepulste Laserstrahlquelle 7 cw Laserstrahl 6 pulsed laser beam source 7 cw laser beam

8 cw Laserstrahlquelle 8 cw laser beam source

9 homogene Goldschicht 9 homogeneous gold layer

10 Strahltührungseinrichtung 10 jet guiding device

11 IR-Strahlung 11 IR radiation

Claims

Patentansprüche claims

1. Verfahren zur Beschichtung einer metallischen 1. A method for coating a metallic

Oberfläche mit einem metallischen Material, insbesondere einem Edelmetall, bei dem Surface with a metallic material, in particular a precious metal, wherein

- eine Schicht (3) mit Mikro- und/oder Nanopartikeln des metallischen Materials auf einen oder mehrere zu beschichtende Bereiche der a layer (3) with micro- and / or nanoparticles of the metallic material on one or more regions of the surface to be coated

Oberfläche aufgetragen wird, Surface is applied,

- die Schicht (3) mit Mikro- und/oder Nanopartikeln in einer ersten Bearbeitungsphase zunächst mit einem oder mehreren ersten - The layer (3) with micro and / or nanoparticles in a first processing phase, first with one or more first

energetischen Strahlen (5) gesintert wird, um eine aus den Mikro- und/oder Nanopartikeln gesinterte Schicht (4) zu erhalten, und energetic rays (5) is sintered to obtain a sintered layer of micro- and / or nanoparticles (4), and

- die gesinterte Schicht (4) anschließend in einer zweiten Bearbeitungsphase mit einem oder mehreren zweiten energetischen Strahlen (7) vollständig aufgeschmolzen wird, um eine homogene Schicht (9) aus dem metallischen Material zu bilden und mit der Oberfläche zu verschmelzen. - The sintered layer (4) is then completely melted in a second processing phase with one or more second energetic beams (7) to form a homogeneous layer (9) of the metallic material and to fuse with the surface.

2. Verfahren nach Anspruch 1, 2. The method according to claim 1,

dadurch gekennzeichnet, characterized,

dass die Schicht (3) mit Mikro- und/oder that the layer (3) with micro and / or

Nanopartikeln des metallischen Materials als Paste, Pulver oder Dispersion aufgetragen, insbesondere aufgedruckt wird. Nanoparticles of the metallic material applied as a paste, powder or dispersion, in particular imprinted.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, 3. The method according to claim 1 or 2,

dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Bearbeitungsphase mit einem oder mehreren Laserstrahlen als erste und zweite energetische Strahlen (5, 7) characterized, in that the first and second processing phases are carried out with one or more laser beams as first and second energy beams (5, 7)

durchgeführt werden. be performed.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 4. The method according to any one of claims 1 to 3,

dadurch gekennzeichnet, characterized,

dass die erste Bearbeitungsphase mit gepulster energetischer Strahlung und die zweite that the first processing phase with pulsed energetic radiation and the second

Bearbeitungsphase mit kontinuierlicher Processing phase with continuous

energetischer Strahlung durchgeführt wird. energetic radiation is performed.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 5. The method according to any one of claims 1 to 4,

dadurch gekennzeichnet, characterized,

dass vor der ersten Bearbeitungsphase wenigstens ein Trocknungsschritt durchgeführt wird. in that at least one drying step is carried out before the first processing phase.

6. Verfahren nach Anspruch 5, 6. The method according to claim 5,

dadurch gekennzeichnet, characterized,

dass vor der ersten Bearbeitungsphase und nach dem Trocknungsschritt ein Entbinderungsschritt durchgeführt wird. in that a debinding step is carried out before the first processing phase and after the drying step.

7. Verfahren nach Anspruch 6, 7. The method according to claim 6,

dadurch gekennzeichnet, characterized,

dass der Entbinderungsschritt mit einem oder mehreren dritten energetischen Strahlen durchgeführt wird. that the debinding step is performed with one or more third energetic rays.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, 8. The method according to any one of claims 5 to 7,

dadurch gekennzeichnet, characterized,

dass der Trocknungsschritt mit einem oder mehreren vierten energetischen Strahlen durchgeführt wird. that the drying step with one or more fourth energetic rays is performed.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, 9. The method according to any one of claims 1 to 8,

dadurch gekennzeichnet, characterized,

dass die Schicht (3) mit Mikro- und/oder that the layer (3) with micro and / or

Nanopartikeln und die gesinterte Schicht (4) mit den energetischen Strahlen (5, 7) abgescannt wird Nanoparticles and the sintered layer (4) with the energetic rays (5, 7) is scanned