DE19638629C2 - Verfahren zum Aufbringen einer elektrisch leitfähigen Grundschicht auf einen Keramikkörper - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer elektrisch leitfähigen Grundschicht auf einen Keramikkörper zum Vorbereiten für ein galvanisches Beschichten.

Um Keramikkörper galvanisch beschichten zu können, ist es er­ forderlich, auf die Keramikkörper eine leitfähige Grund­ schicht aufzubringen. Die leitfähige Grundschicht besteht zu­ meist im wesentlichen aus Silber, da Silber eine hohe elek­ trische Leitfähigkeit aufweist. Zur anschließenden Beschich­ tung wird zum Aufbringen von Metallschichten vorzugsweise ein galvanisches Abscheidungsverfahren eingesetzt.

Ferner muß die auf den Keramikkörper aufzubringende Grund­ schicht mit einem Sinterhilfsmittel versetzt sein, damit bei einem anschließenden Einbrennen der Grundschicht diese auf dem Keramikkörper haftet. Bei Keramikkörpern, auf die ein oder mehrere Metallschichten aufgebracht werden sollen, muß die Grundschicht eine gute mechanische Haftfestigkeit gegen­ über dem Keramikkörper aufweisen.

Außerdem muß die leitfähige Grundschicht gegenüber Säurebä­ dern beständig sein, da in den galvanischen Abscheidungsver­ fahren Säurebäder eingesetzt werden. Zusätzlich muß das Sin­ terhilfsmittel, das bei dem Einbrennprozeß der leitfähigen Grundschicht an die freie Oberfläche der leitfähigen Grund­ schicht gelangt, vor oder in den Galvanikbädern leicht abätz­ bar sein, da ansonsten das galvanische Abscheiden von Metall verschlechtert wird.

Da die Konzentration an Sinterhilfsmitteln, insbesondere an der Fläche, an welcher die nächste Metallschicht aufgebracht werden soll, d. h. an der freien Oberfläche besonders hoch ist, läßt sich diese bisweilen nicht oder zumindest nicht vollständig abätzen. Somit findet keine oder eine zu geringe galvanische Abscheidung von Metallschichten an der freien Oberfläche der leitfähigen Grundschicht statt.

Daher besteht die Problematik, daß die leitfähige Grund­ schicht einerseits gegenüber Säurebädern beständig sein muß, andererseits aber das Sinterhilfsmittel, das zur Bindung der leitfähigen Grundschicht an den Keramikkörper unbedingt er­ forderlich ist, an der freien Oberfläche der Grundschicht leicht abätzbar sein soll.

Die vorstehend angeführte Problematik wird derzeit dadurch gelöst, daß unterschiedliche Sinterhilfsmittel, wie bei­ spielsweise SiO₂, PbO₂, B₂O₃, TiO₂, ZrO₂, ZnO, BaO, CaO, Na₂O, K₂O, CuO oder Al₂O₃ in unterschiedlich hohen Anteilen in der leitfähigen Grundschicht eingesetzt werden, die eine geeigne­ te Säurelöslichkeit aufweisen. Dies hat den Nachteil, daß die Auswahl des Sinterhilfsmittels von der auf die leitfähige Grundschicht aufzubringenden Metallschicht abhängig ist.

Außerdem sind die beiden Anforderungen, die hohe Haftfestig­ keit der leitfähigen Grundschicht gegenüber dem Keramikkörper und die leichte Abätzbarkeit des Sinterhilfsmittels an der freien Oberfläche der leitfähigen Schicht, bei gleichzeitiger Säurebeständigkeit gegenüber den Galvanikbädern nur sehr schwer und mit hohem Aufwand gleichzeitig erfüllbar.

Bei bestimmten Keramikkörpern, wie beispielsweise Keramik- Chips, oder bei bestimmten Keramikarten, wie beispielsweise BaTiO₃, MgTiO₃, NdTiO₃, PMN oder PZT ist eine geeignete Aus­ wahl des Sinterhilfsmittels überhaupt nicht möglich, so daß diese nicht mit einer Grundschicht zum Vorbereiten für ein galvanisches Beschichten versehen werden können.

Ferner ist bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren nach­ teilig, daß bei Aufbringen einer Silberschicht als Grund­ schicht deren Galvanikbeständigkeit nicht sichergestellt ist, dabei zu hoher Löslichkeit eines Sinterhilfsmittels dieses bis zur Keramik herausgelöst wird und daher die Haftfestig­ keit zwischen der Grundschicht und der Keramik nicht mehr ge­ währleistet ist. Daher ist die Herstellung einer Dreischicht­ metallisierung nicht möglich. Bei der Dreischicht- Metallisierung handelt es sich um die drei Schichten Silber, Nickel und Zinn, die beispielswesie bei Varistoren, Relaxor­ keramik, Piezokeramik und Keramikbauteilen mit besonders kleiner Bauform eingesetzt wird.

Aus der US 5,281,326 ist eine silber- oder kupferhaltige Pa­ ste zur Vorbereitung eines keramischen Körpers für eine gal­ vanische Beschichtung bekannt. Die Paste enthält beispiels­ weise Bleioxid als Sinterhilfsmittel.

Aus der EP 0 713 930 A1 ist eine Beschichtungsmittel für Ke­ ramik bekannt, welches neben Silber noch Sinterhilfsmittel enthält.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine elektrisch leitfähi­ ge Grundschicht auf einem Keramikkörper vorzusehen, die eine gute mechanische Haftfestigkeit an dem Keramikkörper aufweist und auf die galvanisch zuverlässig Metallschichten aufbring­ bar sind.

Gemäß der Erfindung ist dies bei einem Verfahren zum Aufbrin­ gen einer elektrisch leitfähigen Grundschicht auf einem Kera­ mikkörper durch die Merkmale des Anspruchs 1 erreicht. Vor­ teilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Beidem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Grundschicht zweilagig aufgebaut. Eine innere Schicht, die direkt auf den Keramikkörper aufgebracht wird, besteht im wesentlichen aus einem leitfähigen Material, wie beispielsweise Silber, das mit einem Sinterhilfsmittel versetzt ist. Wie eingangs be­ schrieben, ist durch das Sinterhilfsmittel sichergestellt, daß eine ausreichend große mechanische Haftfähigkeit zwischen dem Keramikkörper und der leitfähigen Grundschicht gegeben ist.

Auf die innere Schicht wird anschließend eine äußere Schicht aufgebracht, deren Hauptbestandteil wiederum ein leitfähiges Material, beispielsweise Silber ist. Die äußere Schicht weist jedoch kein oder nur geringe Mengen eines Sinterhilfsmittels auf. Dadurch ist sichergestellt, daß auf die freie Oberfläche der leitenden Grundschicht, d. h. auf die freie Oberfläche der äußeren Schicht eine Metallschicht mit Hilfe des galvanischen Abscheidungsverfahrens aufgebracht werden kann, da an der freien Oberfläche kein oder zumindest nur geringe Mengen an Sinterhilfsmitteln vorhanden sein können. Diese geringen Men­ gen an Sinterhilfsmittel, die nach dem Einbrennprozeß an der freien Oberfläche vorhanden sind, können sehr leicht abgeätzt werden.

Vorzugsweise weist die Grundschicht insgesamt einen Silberan­ teil von 94 bis 97 Gew.-% auf.

Vorzugsweise wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die innere Schicht auf dem Keramikkörper aufgebracht, indem der Keramikkörper in eine erste Metallisierungspaste getaucht, diese anschließend getrocknet und dann in den Keramikkörper eingebrannt wird.

Die zweite oder äußere Schicht der leitfähigen Grundschicht wird auf die innere Schicht aufgebracht, indem der mit der inneren Schicht beschichtete Keramikkörper in eine zweite Me­ tallisierungspaste getaucht, ebenfalls getrocknet und an­ schließend gebrannt wird. Vorzugsweise wird die zweite Metal­ lisierungspaste bei gleicher oder niedriger Temperatur als die erste eingebrannt.

Um die vorstehend beschriebenen Vorteile zu erreichen, weist die erste Metallisierungspaste ein Sinterhilfsmittel in einer Menge von 3 bis 6% und die zweite Metallisierungspaste kein oder zumindest nur geringe Mengen an Sinterhilfsmittel von vorzugsweise 0 bis 3 Gew.-% auf.

Ferner enthalten die Metallisierungspasten ein Metallpulver und in Abhängigkeit davon, ob es sich um die erste oder die zweite Metallisierungspaste handelt, zusätzlich ein Sinter­ hilfsmittel, das in einem Bindesystem, wie beispielsweise Ethylcellulose, dispergiert ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Sinterhilfsmit­ tel der inneren Schicht so gewählt werden, daß es eine hohe Beständigkeit gegenüber Säuren aufweist, die in den anschlie­ ßenden Galvanikbädern verwendet werden. Als Sinterhilfsmittel kann in der inneren Schicht beispielsweise SiO₂, PbO₂, TiO₂, ZrO₂, ZnO, BaO, CuO oder Al₂O₃ verwendet werden.

Die Art und die Menge des Sinterhilfsmittels der äußeren Schicht kann so abgestimmt werden, daß nach dem Einbrennen nur in geringen Mengen Sinterhilfsmittel an der freien Ober­ fläche der leitfähigen Schicht vorhanden sind. So erhöhen Zu­ gaben von B₂O₃, K₂O oder Na₂O die Säurelöslichkeit. Auch kann bei Si-Pb-Gläsern durch Erhöhung des Pb-Anteil die Säurelös­ lichkeit erhöht werden. Auf diese Weise kann das Sinterhilfs­ mittel optimal auf die anschließenden Galvanikbäder, wie bei­ spielsweise Nickel- oder Zinnbäder abgestimmt werden.

Claims (12)

1. Verfahren zum Aufbringen einer elektrisch leitfähigen zweilagigen Grundschicht auf einem Keramikkörper zum Vorbe­ reiten für ein galvanisches Beschichten, bei welchem eine innere Schicht aus einem leitfähigen Material mit einem säurebeständigen Sinterhilfsmittel auf den Keramikkörper auf­ gebracht wird und anschließend eine äußere Schicht aus einem leitfähigen Mate­ rial ohne oder mit nur einem geringen Anteil an Sinterhilfs­ mittel aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem für die äußere Schicht ein leicht abzuätzendes Sinterhilfsmittel eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem zum Aufbringen der inneren Schicht

• a) der Keramikkörper in eine erste Metallisierungspaste ge­ taucht wird,
• b) die Metallisierungspaste getrocknet und anschließend eingebrannt wird,

und zum Aufbringen der äußeren Schicht,

• a) der mit der inneren Schicht beschichtete Keramikkörper in eine zweite Metallisierungspaste getaucht wird,
• b) die zweite Metallisierungspaste getrocknet und auch wieder eingebrannt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem die zweite Metalli­ sierungspaste bei gleicher oder niedrigerer Temperatur als die erste eingebrannt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei welchem die erste Metallisierungspaste ein Metallpulver und ein Sinterhilfsmit­ tel enthält, das in einem Bindesystem dispergiert ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem als Bindesystem Ethylcellulose eingesetzt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem für die innere Schicht ein Sinterhilfsmittelanteil von 3 bis 6% eingesetzt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem für die äußere Schicht einen Sinterhilfsmittelanteil von bis zu 3% eingesetzt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Sinterhilfsmittel der inneren Schicht eine hohe Beständigkeit gegenüber in Galvanikbädern enthaltenen Säuren aufweist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem für die anschlie­ ßende galvanische Beschichtung Nickel- oder Zinnbäder einge­ setzt werden.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem als leitfähiges Material der Grundschicht Silber ver­ wendet wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Silberanteil der Grundschicht zwischen 94 und 97% liegt.