[0001] Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Vorrichtung, auf ein Verfahren
zur Herstellung einer Schichtstruktur bzw. Beschichtung an einem Oberflächenberech
eines Bauelements, und auf eine Verwendung dieser Vorrichtung zum Durchführung dieses
Verfahrens.
[0002] Insbesondere bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf die Verwendung einer Vorrichtung
zum Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung einer Schichtstruktur an einem Oberflächenbereich
eines Bauelements, wobei Pulverteilchen, die vollständig mit einem Ummantelungsmaterial
umgebene Partikel aufweisen, in einem physikalisch-thermischen Plasma aktiviert und
dann auf ein Substrat aufgebracht werden.
[0003] Dabei ist das Ummantelungsmaterial der Ummantelungsschicht als Schutzschicht und/oder
Träger für den eigentlichen Partikelkern wirksam.
[0004] Gemäß dem Stand der Technik werden Plasmaströmungen (Plasmastrahlen bzw. Plasma-Jets)
verwendet, um Oberflächen zu behandeln oder zu beschichten. Im Rahmen der Oberflächenbearbeitungstechnik
werden Plasmen beispielsweise in der Halbleitertechnologie zum Plasma-Ätzen und zur
Plasma-induzierten Metallabscheidung verwendet. In der Beschichtungstechnik werden
Funktionsschichten, wie z. B. Verspiegelungen oder Antihaftschichten, aufgebracht.
In der Werkstofftechnik werden Plasmen zur Oberflächenmodifizierung (z. B. Aufrauen),
zur Plasma-induzierten Materialabscheidung, zur Oberflächenhärtung oder auch zur Plasma-Oxidation
eingesetzt.
[0005] Die
WO 2010/136777 A1 bezieht sich auf ein Verfahren zum Beschichten eines Gegenstands, wobei zunächst
ein Pulver mit beschichteten Teilchen bereitgestellt wird. Das Pulver wird auf einer
Oberfläche des Gegenstands sprühbeschichtet, um eine zusammengesetzte Beschichtung
zu bilden. Die Sprühbeschichtung kann beispielsweise mittels eines Gasplasmasprühvorgangs
ausgeführt werden. Der Gegenstand kann beispielsweise ein Implantat für eine chirurgische
oder dentale Anwendung sein. Das Pulver kann Teilchen aus Metall aufweisen, die mit
Kalziumphosphaten beschichtet sind. Ferner können die Teilchen bioaktive Stoffe enthalten.
[0006] Die
WO 2014/068082 A2 bezieht sich auf ein thermisches Sprühverfahren von keramischen Materialien. So weist
ein Prozess zum thermischen Sprühen von Metalloxid-beschichteten Keramikteilchen auf
ein Substrat einen Schritt des Bereitstellens einer Mehrzahl von Metalloxid-beschichteten
Teilchen aus Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, Borumcarbid oder Borumnitrid auf, und
ferner den Schritt des thermischen Sprühens der Teilchen von Schritt 1 auf das Substrat.
[0007] Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht somit darin, ein
verbessertes Konzept zur Plasma-induzierten Oberflächenbehandlung und insbesondere
zur Materialabscheidung und Oberflächenbeschichtung unter Verwendung von Plasma zu
schaffen.
[0008] Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst.
[0009] Erfindungsgemäße Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.
[0010] Eine Vorrichtung zur Herstellung einer Schichtstruktur an einem Oberflächenbereich
eines Bauelements umfasst beispielsweise eine Pulverfördereinrichtung zum Bereitstellen
von Pulverteilchen in einen Prozessbereich, wobei ein Pulverteilchen jeweils einen
oder mehrere vollständig mit einem Ummantelungsmaterial umgebenden Partikel aufweist,
eine Plasmaquelle zum Einbringen eines physikalisch-thermischen Plasmas in den Prozessbereich,
um die bereitgestellten Pulverteilchen in dem Prozessbereich mit dem physikalisch-thermischen
Plasma zu aktivieren, um eine Änderung, z.B. eine Verringerung, der Viskosität bzw.
eine Änderung des Aggregatzustands zumindest eines Teils des Ummantelungsmaterials
der Pulverteilchen zu bewirken, und eine Aufbringeinrichtung zum Aufbringen der aktivierten
Pulverteilchen auf dem Oberflächenbereich des Bauelements, um die die Partikel aufweisende
Schichtstruktur auf dem Oberflächenbereich des Bauelements zu erhalten.
[0011] Ein Verfahren zur Herstellung einer Schichtstruktur an einem Oberflächenbereich eines
Bauelements umfasst beispielsweise ein Bereitstellen von Pulverteilchen in einem Prozessbereich,
wobei ein Pulverteilchen jeweils einen oder mehrere vollständig mit einem Ummantelungsmaterial
umgebenen Partikel aufweist, ein Aktivieren der Pulverteilchen in dem Prozessbereich
mit einem physikalisch-thermischen Plasma, um eine Verringerung der Viskosität bzw.
eine Änderung des Aggregatzustands zumindest eines Teils des Ummantelungsmaterials
der Pulverteichen zu bewirken, und ein Aufbringen der aktivierten Pulverteilchen auf
dem Oberflächenbereich des Bauelements, um die die Partikel aufweisende Schichtstruktur
auf dem Oberflächenbereich des Bauelements zu erhalten.
[0012] Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, speziell ausgebildete
Pulverteilchen für eine Plasma-induzierte Schichterzeugung zu verwenden, wobei die
speziell ausgebildeten Pulverteilchen in einem Prozessbereich mittels eines physikalisch-thermischen
(heißen) Plasmas thermisch aktiviert und dann auf den zu behandelnden Oberflächenbereich
des Bauelements aufgebracht werden, um auf dem Bauelement eine gewünschte Schichtstruktur
bzw. Beschichtung zu bilden. Die einzelnen Pulverteilchen weisen ein vollständig mit
einem Ummantelungsmaterial umgebenes Partikel auf. Das Unmantelungsmaterial weist
ein Zusatzmaterial auf, wobei das in dem Unmantelungsmaterial vorhandene Zusatzmaterial
als Antioxidationsmittel und/oder Katalysator für das Material des Partikelkerns und/oder
der Unmantelung während des Aktivierungsvogangs wirksam ist. Ein einzelnes Pulverteilchen
kann auch mehrere vollständig mit einem Ummantelungsmaterial umgebene Partikel aufweisen.
[0013] In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass ein wesentlicher Anteil (z.B.
zumindest 50%, 80%, 90% oder 99%) der bereitgestellten und verarbeiteten Pulverteilchen
die vollständige Ummantelung aufweist, wobei herstellungsbedingt "einzelne" Pulverteilchen
nur eine teilweise oder keine Ummantelung aufweisen können.
[0014] Durch die vollständige Ummantelung und durch die gezielte Wahl des Materials für
die Ummantelungsschicht kann gezielt auf die resultierende Schichtstruktur und deren
physikalische Eigenschaften, wie z. B. Haltbarkeit, etc. Einfluss genommen werden.
Dies gilt auch für die optischen, mechanischen und/oder elektrischen Eigenschaften
der resultierende Schichtstruktur. Eine möglichst gleichmäßige (d.h. gleichmäßig dicke)
Ummantelung und die Berücksichtigung des jeweiligen Materials für die Ummantelungsschicht
kann die exakte Reproduzierbarkeit der Eigenschaften der Schichtstruktur unterstützen.
[0015] Durch die vollständige Ummantelung der einzelnen Partikel (auch Partikelkerne) kann
unter Berücksichtigung der Eigenschaften des jeweiligen Ummantelungsmaterials und
der Ummantelungsdicke der Plasma-Aktivierungsvorgang (im Mittel) sehr definiert und
reproduzierbar durchgeführt werden, so dass die u.U. "empfindlichen" Partikel bei
dem Plasma-Aktivierungsvorgang durch das Ummantelungsmaterial auf eine effektive Weise
sowohl thermisch als auch mechanisch geschützt werden können. Durch die vollständige
Ummantelung der Partikel gegenüber der Umgebungsatmosphäre ist ferner eine vereinfachte
Lagerung sowie eine technisch vereinfachte Beförderung der Pulverteilchen in den Prozessbereich
möglich, da aufgrund der hermetischen Abschirmung gegenüber der Umgebungsatmosphäre
eine ungewollte chemische Reaktion, wie z. B. eine Oxidation der Partikel, verhindert
werden kann.
[0016] Aufgrund der vollständigen Ummantelung der Partikel und des Einsatzes eines physikalisch-thermischen
(heißen) Plasmas ist das erfindungsgemäße Konzept insbesondere auf Partikel mit einem
relativ großen, mittleren Durchmesser, z. B. mit einem Durchmesser von größer 20 µm
oder 50 µm, effektiv anwendbar.
[0017] Gemäß einem Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird sich das Ummantelungsmaterial
bei dessen Aktivierung zumindest teilweise verflüssigen und sich beim Auftreffen auf
der Oberfläche des Bauteils wiederverfestigen, so dass das wiederfestigte Ummantelungsmaterial
eine (mechanisch feste bzw. stoffschlüssige) Verbindung zwischen dem Bauelement und
dem Partikel bewirkt.
[0018] Gemäß einem weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Ummantelungsmaterial
bei dessen Aktivierung zumindest teilweise oder auch vollständig von dem Partikel
getrennt werden, d.h. beispielsweise verdampfen oder zerfallen, wobei die Partikel
selbst dann bei der Aufbringung auf den Oberflächenbereich des Bauelements, z.B. unter
Einwirkung des Plasmastrahls, mit dem Oberflächenbereich des Bauelements (mechanisch
fest bzw. stoffschlüssig) verbunden werden.
[0019] Das Ummantelungsmaterial kann ausgebildet sein, um die Partikel der Pulverelemente
vor dem Verarbeitungsprozess hermetisch gegenüber der Umgebungsatmosphäre abzuschirmen.
Dadurch kann eine chemische Reaktion, wie z.B. eine Oxidation, der Partikel im (hoch)energiereichem
Plasma verhindert werden. Die Dicke des Ummantelungsmaterials kann so gewählt werden,
dass das Partikelmaterial während der Aktivierung mit dem physikalisch-thermischen
Plasma nicht über eine spezifische Grenztemperatur T
max des Kernmaterials erwärmt wird, wobei die Grenztemperatur T
max Partikelmaterial-abhängig ist. Die Grenztemperatur gibt die Temperatur an, bis zu
der das Partikelmaterial ohne (wesentliche) Materialbeeinträchtigungen erwärmt werden
kann.
[0020] Ferner kann das Ummantelungsmaterial eine höhere, z.B. eine zumindest 1,5-fach oder
doppelt so hohe, spezifische Wärmekapazität als das Partikelmaterial aufweisen. Um
die Wärmeaufnahme der beschichteten Partikel möglichst exakt vorgeben zu können, können
die Partikel relativ gleichmäßig mit dem Ummantelungsmaterial bedeckt sein.
[0021] Ferner kann das Pulverteilchen eine Mehrfachummantelung aus unterschiedlichen Materialien
oder unterschiedlichen Materialzusammensetzungen, z.B. eine Schichtfolge aus mehreren
unterschiedlichen Schichten, aufweisen. Diese unterschiedlichen Schichten können beispielsweise
unterschiedliche Funktionen z.B. als Schutzschicht und/oder als Träger von Oxidations-
und/oder Katalysatormaterialen bereitstellen.
[0022] Bei Ausführungsbeispielen können die die Partikel (Partikelkerne) der Pulverteilchen
einen mittleren Durchmesser zwischen 1 µm bis 500 µm, 20 µm bis 200 µm, 46 µm bis
150 µm, oder 50 µm bis 100 µm aufweisen. Ferner kann die (physikalische) Härte der
Partikel höher wie die Härte des Bauelementmaterials in dem zu behandelnden Oberflächenbereich
sein. Dadurch kann auf dem Oberflächenbereich des Bauelements durch die aufgebrachten
Partikel eine Reibwertveränderung bewirkt werden.
[0023] Das Material des Partikels kann ein Metall (z.B. Cu) oder eine Kohlenstoffverbindung,
wie z.B. Diamant (Industriediamant), Borcarbid, Siliziumcarbid etc. aufweisen. Das
Ummantelungsmaterial kann ein Metall, z.B. ein Weichmetall, wie Nickel, Kupfer, Zinn,
etc. aufweisen. Ferner weist das Ummantelungsmaterial ein Zusatzmaterial (Additiv)
auf, wobei das in dem Ummantelungsmaterial vorhandene Zusatzmaterial als Antioxidans
(Antioxidationsmittel), wie z. B. Phosphor, und/oder auch als Katalysator für das
Material des Partikelkerns oder auch der Ummantelung während des Plasmaaktivierungsvorgangs
wirksam sein kann. Alternativ kann das Ummantelungsmaterial ein organisches Material,
wie z. B. ein Polymermaterial, aufweisen.
[0024] Zur Verbesserung der Verbindung zwischen den aktivierten Pulverteilchen und dem Bauelement
kann der mit der Schichtstruktur zu versehende Oberflächenbereich des Bauelements
vorgeheizt werden. Das Vorheizen des behandelnden Oberflächenbereichs des Bauelements
kann ferner eine Reinigung, z.B. Entfettung etc., dieses Bereichs vor der Partikelaufbringung
bewirken. Bei dem Vorheizen kann der zu behandelnde Oberflächenbereich des Bauelements
so erwärmt werden, um bei dem nachfolgenden Aufbringen der aktivierten Pulverteilchen
eine Temperatur beispielweise zwischen 80°C und 150°C aufzuweisen.
[0025] Die aufgebrachte Schichtstruktur kann eine nicht-kontinuierliche Verteilung der Partikel
auf dem Oberflächenbereich mit einer Oberflächenbelegungsdichte von 5% bis 50% aufweisen,
d.h. die Partikel sind verteilt auf dem behandelten Oberflächenbereich des Bauelements
angeordnet. Alternativ kann die aufgebrachte Schichtstruktur eine durchgehende, gleichmäßige
Beschichtung auf dem behandelten Oberflächenbereich des Bauelements bilden.
[0026] Die Aktivierungstemperatur kann in dem Prozessbereich, d.h. in dem Vermischungsbereich
des physikalisch-thermischen Plasmas und der Pulverelemente, mehrere 1000 K betragen.
[0027] Ferner können die Pulverteilchen aus einem Pulverreservoir in den Prozessbereich
befördert werden, wobei der Pulverteilchenfluss bzw. -durchsatz durch den Prozessbereich
so gewählt wird, um über eine vordefinierte mittlere Energieaufnahme des Pulverteilchens
und insbesondere des Ummantelungsmaterials während der Aufenthaltsdauer in dem Prozessbereich
die gewünschte Änderung der Viskosität bzw. des Aggregatzustands des Ummantelungsmaterials
zu bewirken.
[0028] Fern kann ein magnetisches und/oder elektrisches Feld im Bereich zwischen dem Prozessbereich
(Aktivierungsbereich) und der Bauelementoberfläche erzeugt werden, um die z.B. metallischen
Pulverteilchen und von den geladenen Teilchen des Plasmastroms möglichst vor dem Auftreffen
auf dem Oberflächenbereich zu trennen.
[0029] Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter
Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Hinsichtlich der dargestellten
schematischen Figuren wird darauf hingewiesen, dass die dargestellten Funktionsblöcke
sowohl als Elemente oder Merkmale der offenbarten Vorrichtung als auch als entsprechende
Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zu verstehen sind, und auch entsprechende
Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens davon abgeleitet werden können.
[0030] Es zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Blockdarstellung einer Vorrichtung zur Herstellung einer Schichtstruktur
an einem Oberflächenbereich eines Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- Fig. 2a-b
- schematische Darstellungen in einer Draufsicht und Schnittansicht einer aufgebrachten
Schichtstruktur an einem Oberflächenbereich des Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- Fig. 2c
- eine schematische, perspektivische Darstellung einer aufgebrachten, gleichmäßigen
Beschichtung an einem Oberflächenbereich des Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel;
und
- Fig. 3
- ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer Schichtstruktur an einem
Oberflächenbereich eines Bauelements gemäß einem Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
[0031] Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail anhand
der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische,
funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte, Funktionsblöcke und/oder Verfahrensschritte
in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so
dass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser
Elemente, Objekte, Funktionsblöcke und/oder Verfahrensschritte untereinander austauschbar
ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.
[0032] Fig. 1 zeigt in einer schematischen Prinzipdarstellung eine Vorrichtung 100 zur Herstellung
einer Schichtstruktur 200 an einem Oberflächenbereich 202 eines Bauelements 204. Eine
Pulverfördereinrichtung 102 ist vorgesehen, um Pulverteilchen 104, z. B. aus einem
Pulverreservoir (nicht gezeigt in Fig. 1) in einem Prozessbereich 106 bereitzustellen
bzw. dorthin zu befördern. Wie in Fig. 1 vergrößert dargestellt ist, weist ein Pulverteilchen
104 jeweils ein (oder auch mehrere) Partikel 104-1 auf, das jeweils mit einem Ummantelungsmaterial
104-2 vollständig umgeben bzw. ummantelt ist. Dabei weisen beispielsweise die Partikel
104-1 der Pulverteilchen 104 einen mittleren Durchmesser d
1 auf, während das Ummantelungsmaterial 104-2 eine mittlere (durchschnittliche) Schichtdicke
d
2 aufweisen kann. Somit ergibt sich ein mittlerer Gesamtdurchmesser D der Pulverteilchen
104 mit D ≈ d
1 + 2
∗d
2.
[0033] Ferner ist eine Plasmaquelle 108 vorgesehen, um ein physikalisch-thermisches Plasma
110, z. B. in Form eines Plasmastrahls, in den Prozessbereich 106 einzubringen und
um die dort bereitgestellten Pulverteilchen 104, die den Prozessbereich 106 durchlaufen,
mit dem physikalisch-thermischen Plasma 110 thermisch zu aktivieren. Durch die "Plasma-Aktivierung"
wird eine Verringerung der Viskosität bzw. eine Änderung des momentanen Aggregatzustands
zumindest eines Teils des Ummantelungsmaterials 104-2 oder des gesamten Ummantelungsmaterials
104-2 der Pulverteilchen 104 bewirkt. So gilt, je niedriger die Viskosität ist, desto
dünnflüssiger (fließfähiger) ist jeweilige Material.
[0034] Bei der Plasma-Aktivierung werden die Pulverteilchen, d.h. die mit einem Schutzmantel
104-2 versehenen Partikelkerne 104-1, beispielsweise direkt einer Lichtbogenentladungszone,
d.h. einer hochenergetischen Plasmazone, zugeführt, wobei die Ummantelungsschicht
104-2 die intensive Plasma/Ionenenergie absorbieren kann, was zu einer Verflüssigung
(zumindest in einen zähflüssigen Zustand) des Materials der Ummantelung 104-2 führt.
Es können auch andere Anordnungen zur Erzeugung des thermischen Plasmas eingesetzt
werden, wie dies nachfolgend noch erörtert wird.
[0035] Als Änderung des momentanen Aggregatzustands bzw. Verringerung der Viskosität zumindest
eines Teils des Ummantelungsmaterials oder des gesamten Ummantelungsmaterials wird
eine Verflüssigung oder auch ein Übergang in einen gasförmigen Zustand (z. B. Verdampfen)
des Ummantelungsmaterials 104-2 der Pulverteilchen 104 angesehen. Ferner können beliebige
Zwischenstufen zwischen einem verflüssigten (z.B. zähflüssigen) Zustand zumindest
eines Teils des Ummantelungsmaterials und einem vollständig flüssigen bzw. bei einer
weiteren Viskositätsverringerung bzw. Aggregatszustandsänderung ein gasförmiger Zustand
zumindest eines Teils des Ummantelungsmaterials 104-2 der Pulverteilchen 104 bewirkt
werden.
[0036] Als Änderung des Aggregatszustands zumindest eines Teils des Ummantelungsmaterials
104-2 der Pulverteilchen 104 kann somit eine Änderung von einem ersten (z.B. festen)
Zustand des Ummantelungsmaterials in einen zweiten (fluiden bzw. zähflüssigen) Zustand
des Ummantelungsmaterials angesehen werden, wobei ferner eine Viskositätsverringerung
des fluiden bzw. zähflüssigen Ummantelungsmaterials erfolgen kann. Eine Änderung der
Viskosität aufgrund einer Temperaturerhöhung des Ummantelungsmaterials 104-2 der Pulverteilchen
104 kann zumindest eine "erhöhte Fließfähigkeit" (ein zähflüssiger Zustand) zumindest
eines Teils des Ummantelungsmaterials 104-2 der Pulverteilchen 104 während der Plasma-Aktivierung
bewirken. Somit kann als Verringerung der Viskosität bzw. Änderung des Aggregatzustands
zumindest eines Teils des Ummantelungsmaterials 104-2 der Pulverteilchen 104 auch
eine ausreichende Erhöhung der Plastizität bzw. plastischen Verformbarkeit des Ummantelungsmaterials
104-2 durch die Plasma-Aktivierung angesehen werden. Bei einer weiteren Aggregatszustandsänderung
kann ein dritter (gasförmiger) Zustand zumindest eines Teils des Ummantelungsmaterials
104-2 der Pulverteilchen 104 bewirkt werden, d.h. ein Übergang von dem fluiden Zustand
in den gasförmigen Zustand.
[0037] Die Vorrichtung 100 umfasst ferner eine Aufbringeinrichtung 112 (z.B. eine Düse)
zum Aufbringen der Pulverteilchen 104 auf den Oberflächenbereich 202 des Bauelements
204, um die die Partikel 104-1 aufweisende Schichtstruktur 200 auf dem Oberflächenbereich
202 des Bauelements 204 zu erhalten.
[0038] Als Aufbringeinrichtung 112 wird der Abschnitt der Vorrichtung 100 angesehen, der
den Transfer der aktivierten Pulverteilchen 104' von dem Prozessbereich 106 zu dem
zu behandelnden Oberflächenbereich 202 bewirkt. Wenn beispielsweise der Prozessbereich
106 in einem (optionalen) Gehäuse 114 angeordnet ist, kann die Aufbringeinrichtung
112 optional als eine Austrittsöffnung oder auch als eine Düsenanordnung 116 ausgebildet
sein, um die aktivierten Pulverteilchen 104' in Richtung des zu behandelnden Oberflächenbereichs
202 des Bauelements 204 auszurichten und darauf aufzubringen.
[0039] Im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung wird als physikalisch-thermisches Plasma
(auch thermisches Plasma) ein sogenanntes "Heißplasma" bezeichnet, wobei sich ein
Heißplasma im thermischen bzw. im lokal-thermischen Gleichgewicht befindet. Dies bedeutet,
dass die schwereren Teilchen, d.h. die positiv geladenen Ionen, annähernd dieselbe
Temperatur wie die energiereicheren Elektronen besitzen. Dies ermöglicht, abhängig
vom Ionisationsgrad, eine Kerntemperatur im Plasma von mehreren 1000 °K. Typischerweise
werden Gase wie Aragon, Stickstoff, Helium oder Wasserstoff als Plasmagas verwendet.
[0040] Bei der offenbarten Vorrichtung 100 zur Herstellung einer Schichtstruktur 200 können
im Wesentlichen beliebige Plasmaquellen 108 zum Einbringen des physikalisch-thermischen
Plasmas 110 in dem Prozessbereich 106 eingesetzt werden. So können beispielsweise
auch Atmosphärendruck-Plasmaquellen bzw. Normaldruck-Plasmaquellen eingesetzt werden,
bei denen der Druck im Prozessbereich 106 ungefähr dem der umgebenden Atmosphäre,
d. h. dem sogenannten Normaldruck, entsprechen kann. Vorteilhaft ist dabei, dass Atmosphärendruck-Plasmen
kein (abgeschlossenes) Reaktionsgefäß benötigen, das für die Aufrechterhaltung eines
zum Atmosphärendruck unterschiedlichen Druckniveaus oder abweichender Gasatmosphären
sorgt. Zur Erzeugung des Plasmas können verschiedene Anregungsarten, wie z. B. eine
Wechselstromanregung (niederfrequente Wechselströme), anregende Wechselströme im Radiowellen-Bereich
(Mikrowellenanregung) oder eine Gleichstromanregung eingesetzt werden. Beispielsweise
kann mit einer Hochspannungsentladung (5-15 kV, 10-100 kHz) ein gepulster Lichtbogen
erzeugt werden, wobei das Prozessgas an dieser Entladungsstrecke vorbeiströmt, dort
angeregt und in den Plasmazustand überführt wird. Dieses Plasma 110 wird in dem Prozessbereich
106 mit den Pulverteilchen in Kontakt gebracht, so dass die Pulverteilchen durch das
physikalisch-thermische Plasma 110 aktiviert werden. Die aktivierten Pulverteilchen
104 werden dann aus einer Gehäuseöffnung (z. B. einem Düsenkopf) auf den Oberflächenbereich
202 des zu behandelnden Bauteils 204 geführt.
[0041] Da nun die Partikel 104-1 der Pulverteilchen 104 vollständig mit dem Ummantelungsmaterial
104-2 umgeben bzw. umschlossen sind, können die Pulverteilchen 104 beispielsweise
unter Verwendung von Druckluft, d. h. Luft/Sauerstoff oder Inertgasen (N, Ar, He etc.)
als Trägergas, in den Prozessbereich 106 zur Plasma-Aktivierung eingebracht werden,
ohne dass eine chemische Reaktion, wie z. B. eine Oxidation der Partikel 104-1, vor
der Plasma-Aktivierung zu befürchten ist. Damit kann die Pulverzuführung zu dem Prozessbereich
106 relativ unaufwendig realisiert werden.
[0042] So kann insbesondere beispielswese eine Schichtstruktur bestehend aus einer Vielzahl
von kontrolliert aufgebrachten und verteilten Partikeln (Hartpartikel) oder auch eine
gleichmäßige Schichtstruktur 200 (in Form einer Beschichtung) auf der zu behandelnden
Oberfläche 202 des Bauelements 204 gebildet werden.
[0043] Im Folgenden werden vorteilhafte Weiterbildungen des offenbarten Konzepts, d. h.
der Vorrichtung 100 und des entsprechenden erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens
(siehe Fig. 3 mit zugehöriger Beschreibung) im Detail beschrieben.
[0044] Gemäß einem Ausführungsform wird das Ummantelungsmaterial 104-2 bei der Plasma-Aktivierung
der Pulverteilchen 104 zumindest teilweise verflüssigt und dann mittels der Aufbringungseinrichtung
112 auf der zu behandelnden Oberfläche 202 des Bauteil- bzw. Trägerelements 204 aufgebracht.
Wie bereits oben beschrieben wurde, wird bei der Plasma-Aktivierung das Ummantelungsmaterial
104-2 durch eine Energiezufuhr mittels des Plasmas erhitzt, so dass sich die Viskosität
zumindest eines Teils des Ummantelungsmaterials 104-2 erhöht bzw. sich der Aggregatzustand
des Ummantelungsmaterials 104-2 von einem festen Zustand in einen flüssigen bzw. zumindest
zähflüssigen Zustand ändert. Dies kann das gesamte Ummantelungsmaterial 104-2 oder
zumindest einen Teil desselben betreffen. Beim Auftreffen auf der Oberfläche 202 des
Bauteils 204 kommt es zu einer Wiederverfestigung des Ummantelungsmaterials 104-2,
da sich die Temperatur des Materials des Bauelements 204 in dem zu behandelnden Oberflächenbereich
202 im Allgemeinen unterhalb der Temperatur des Ummantelungsmaterials 104-2 der aktivierten
Pulverteilchen 104 befindet. Das an dem Oberflächenbereich 202 wiederverfestigte Ummantelungsmaterial
104-2 bewirkt somit eine (feste) mechanische Verbindung zwischen dem Bauelement 204
und den aufgebrachten Partikeln 104-1 der Pulverteilchen 104.
[0045] In diesem Zusammenhang zeigen die Fig. 2a-b in einer schematischen Schnittansicht
bzw. Aufsicht einige der kontrolliert aufgebrachten Partikel 104-1 mit dem wiederverfestigten
Ummantelungsmaterial 104-2 an dem behandelnden Oberflächenbereich (in Form eines kleinen
Ausschnitts) des zu beschichtenden Bauelements 204.
[0046] Als eine Alternative zu der im Vorhergehenden dargestellten Vorgehensweise zur Partikelaufbringung
zum Herstellen der Schichtstruktur 200 kann das Ummantelungsmaterial 104-2 so gewählt
werden, dass das Ummantelungsmaterial 104-2 bei dessen Plasma-Aktivierung von den
Partikeln (Partikelkernen) 140-1 getrennt wird, d. h. beispielsweise verdampft wird
oder zerfällt, wobei dann die Partikel beim Aufbringen bzw. Auftreffen auf den Oberflächenbereich
202 des Bauelements 204 unter Einwirkung des Plasmastrahls mit dem Oberflächenbereich
202 des Bauelements 204 fest verbunden werden bzw. auf demselben aufgeschmolzen werden
können, um die Schichtstruktur bzw. Beschichtung 200 auf dem zu behandelnden Oberflächenbereich
202 des Bauelements 204 zu bilden.
[0047] In diesem Fall kann die Verringerung der Viskosität bzw. die Änderung des Aggregatzustands
von einem festen Zustand in einen gasförmigen Zustand mittels einer entsprechend höheren
Energiezuführung durch das Plasma erhalten werden.
[0048] Das Ummantelungsmaterial 104-2 ist nun ferner ausgebildet, um die Partikel 104-1
(Partikelkerne) der Pulverteilchen 104 vor dem Verarbeitungsprozess und insbesondere
vor der Plasma-Aktivierung hermetisch gegenüber der jeweiligen Umgebungsatmosphäre
abzuschirmen. Damit kann eine chemische Reaktion des Materials der Partikelkerne 104-1,
wie z. B. eine Oxidation, des Partikelmaterials mit der Umgebungsatmosphäre, z. B.
Luft, verhindert werden. Darüber hinaus ist das Ummantelungsmaterial 104-2 und insbesondere
die gewählte Dicke d
2 der Ummantelungsschicht 104-2 so gewählt, dass das Partikelmaterial während der Aktivierung
mit dem physikalisch-thermischen Plasma nicht über eine Grenztemperatur T
max erhitzt wird, wobei die Grenztemperatur beispielsweise von dem Partikelmaterial (und
dessen zugehöriger spezifischer Wärmekapazität) und von dem mittleren Durchmesser
der Partikel abhängt. Die Grenztemperatur gibt die Temperatur an, bis zu der das Partikelmaterial
ohne (wesentliche) Materialschädigungen erwärmt werden kann. Das Ummantelungsmaterial
104-2 weist beispielsweise eine um einen Faktor von zumindest 2 (zumindest 5 oder
10) höhere spezifische Wärmekapazität als das Partikelmaterial auf. Als spezifische
Wärmekapazität eines Materials bzw. Körpers wird das Verhältnis der dem Körper zugeführten
Wärme zu der damit bewirkten Temperaturerhöhung bezeichnet.
[0049] Um den Plasma-Aktivierungsvorgang unter möglichst definierten Bedingungen durchführen
zu können, können die Partikel 104-1 relativ gleichmäßig mit dem jeweiligen Ummantelungsmaterial
104-2 bedeckt sein. Darüber hinaus können die Pulverteilchen 104 eine Mehrfachummantelung
aus unterschiedlichen Materialien oder unterschiedlichen Materialzusammensetzungen,
z. B. in Form einer Schichtfolge aus mehreren unterschiedlichen Schichten, aufweisen.
Die unterschiedlichen Schichten können dabei unterschiedliche physikalische Funktionen
während der Lagerung und nachfolgend während der Plasmabehandlung sowie beim Aufbringen
auf den zu behandelnden Oberflächenbereich des Bauteils aufweisen. So kann beispielsweise
die äußerste Ummantelungsschicht als Schutzschicht gegenüber äußeren Umgebungseinflüssen,
z. B. gegenüber einer Oxidation, wirksam sein, während die darunter liegende Schicht
bzw. Schichten (oder Bestandteile derselben) bei der Plasma-Aktivierung als Zusatzstoffe,
z. B. Antioxidationsmittel und/oder Katalysatoren, wirksam sein können.
[0050] Die Partikel 104-1 (Partikelkerne) weisen beispielsweise einen mittleren Durchmesser
d
1 von 25 µm bis 500 µm, 46 µm bis 200 µm oder 50 µm bis 150 µm auf. Der gewünschte
mittlere Durchmesser der Partikelkerne 104-1 ergibt sich durch die Vorgabe der gewünschten
elektrischen, dielektrischen, optischen und/oder mechanischen Eigenschaften der resultierenden
Schichtstruktur bzw. Beschichtung 200 auf dem zu behandelnden Oberflächenbereich 202
des Beschichtungsträgers 204.
[0051] Die physikalische Härte (z. B. Eindringhärte gemäß z. B. Brinell, Vickers etc.) der
Partikel 104-1 ist beispielsweise um einen Faktor von zumindest 2 (bzw. zumindest
5 oder 10) höher als die Härte des Bauelementmaterials in dem zu behandelnden/behandelten
Oberflächenbereich 202. Damit kann in dem behandelten Oberflächenbereich des Bauelements
204 durch die aufgebrachten Partikel beispielsweise eine Reibwertveränderung (z. B.
Reibwerterhöhung) des behandelten Oberflächenbereichs bewirkt werden. Das Material
der Partikel/Partikelkerne 104-1 kann beispielsweise ein Metall, wie z. B. Kupfer
Cu, ein Polymer oder eine Kohlenstoffverbindung aufweisen. So kann das Material der
Partikel 104-1 zur Erzeugung einer durchgehenden (z. B. leitfähigen) Beschichtung
beispielsweise Kupfer, Zinn, Nickel, etc. aufweisen. Alternativ kann das Material
der Partikel (z. B. Hartpartikel) Diamant, Industriediamant, Siliziumcarbid SiC, Borcarbid
B
4C, Wolframcarbid WC, Nitride, wie z. B. Siliziumnitrid Si
3N
4, Bornitrid Bn, Borid, Siliziumdioxid Si
2 und/oder Aluminiumdioxid Al
2O
3 oder Kombinationen derselben umfassen (auch hochschmelzende Glasmaterialien). Die
Aufzählung ist nicht als abschließend anzusehen.
[0052] Das Ummantelungsmaterial 104-2 (die Ummantelungsschicht) kann beispielsweise ein
Metall, wie z. B. ein Weichmetall, wie z. B. Nickel, Kupfer, Zinn etc. aufweisen.
Als Weichmetalle werden beispielweise niedrig schmelzende Metalle bezeichnet. Die
Schichtdicke d2 des Ummantelungsmaterials 104-2 kann in einem Bereich von 25 µm ±
10 µm (oder z. B. zwischen 10 µm und 100 µm, 20 und 50 µm oder 20 µm und 30 µm) liegen.
[0053] Das Ummantelungsmaterial 104-2 weist ferner ein Zusatzmaterial (additiv) auf, wobei
das in dem Ummantelungsmaterial 104-2 vorhandene Zusatzmaterial als Antioxidationsmittel
(Antioxidans, wie z. B. Phosphor, Zink oder als Katalysator (z. B. Rhodium, Palladium,
Vanadiumpentoxid, div. Cu/Cr/Zn/Ag-Oxide) während des Plasma-Aktivierungsvorgangs,
d. h. während der Plasma-Einwirkung, wirksam sind.
[0054] Als Material für die Partikelkerne kann ein (im elektrischen Sinne) organisches Sensormaterial
verwendet werden, wobei beispielweise als erste Schicht Nickel vorgesehen sein kann,
das ein Antioxidans, z.B. Phosphor, mit einem Anteil von 5 - 10% (Ni-P mit P = 5-10%)
aufweisen kann. Als eine zweite Anlaufschutzschicht kann beispielsweise Gold (Au)
mit einer Schichtdicke 0,03 µm (z.B. zwischen 0,01 und 0,1µm) vorgesehen sein. Somit
kann beispielsweise eine Mehrfachummantelung gebildet werden.
[0055] Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Partikelkern ein eisenhaltiges (Fehaltiges)
Funktionsmaterial aufweisen, wobei das Material der Ummantelung Zink (Zn) aufweisen
kann. Das Zink kann beispielsweise nach dem Aufbringen auf des freigelegte Eisenhaltige
Material (Fe) als Opfermaterial dienen.
[0056] Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Partikelkern ein magnetisches Funktionsmaterial
aufweisen, wobei das Material der Ummantelung ein Weichmetall aufweisen kann. Der
Weichmetallmantel kann als thermischer Schutz wirken, damit die Weißschen-Bezirke
des magnetischen Funktionsmaterials z.B. bei der Plasma-Behandlung keinen Schaden
annehmen. Eine typ. Zersetzungstemperatur für die Weißschen-Bezirke beginnt ab ca.
140°C.
[0057] In einem Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Partikelkern ein katalytisches
Material auf, wobei die Ummantelung bzw. Hülle eine Doppelfunktion als Schutzschicht
und "Klebstoff"-Schicht liefern kann. Die Herstellung von katalytischen Funktionsoberflächen,
wie beispielsweise Kunststoffträger, wird z.B. mit einer Katalysatoroberfläche für
chemische Prozesse hergestellt.
[0058] Als Antioxidationsmittel (Antioxidans) wird in diesem Zusammenhang eine chemische
Verbindung angesehen, die eine Oxidation anderer Substanzen, d. h. beispielsweise
der Partikelkerne 104-1, bei der Plasmabehandlung verlangsamt oder gänzlich verhindert,
indem es beispielsweise den vorhandenen Sauerstoff selbst bindet. Damit kann beispielsweise
eine oxidative Degradation des Partikelmaterials verhindert oder zumindest reduziert
werden.
[0059] Als Katalysatoren (Katalysatormaterialien) werden Stoffe bezeichnet, die die Reaktionsgeschwindigkeit
(z. B. bei der Plasma-Aktivierung) durch die Senkung der Aktivierungsenergie einer
chemischen Reaktion in Form einer Verringerung der Viskosität bzw. einer Änderung
des Aggregatzustands erhöht.
[0060] Wird beispielsweise Nickel als Ummantelungsmaterial 104-2 verwendet, kann dem Nickelmaterial
z. B. Phosphor mit einem Anteil von 5 bis 25 % und etwa 10 % ± 5 % beigefügt werden,
so dass sich der resultierende Schmelzpunkt des Nickelmaterials (Ummantelungsmaterials)
beispielsweise von einem Bereich um 1400 °C auf etwa 850 °C verringert, so dass die
Zeitdauer der erforderlichen Plasmabehandlung reduziert werden kann, um die gewünschte
Viskosität des Ummantelungsmaterials, d. h. des Nickelmaterials, für das nachfolgende
Aufbringen auf die zu behandelnde Oberfläche 202 des Bauelements 204 zu erreichen.
Damit kann insbesondere auch der Wärmeeintrag in die Partikelkerne 104-1 gesteuert
bzw. deutlich reduziert werden, so dass das Material der Partikelkerne 104-1 einer
deutlich reduzierten thermischen Belastung (Erwärmung, mechanischer Stress etc.) ausgesetzt
ist. Diese Vorgehensweise ist nun vorteilhaft, wenn relativ große Partikelkerne, z.
B. mit einem Durchmesser von größer als 20 µm oder 50 µm eingesetzt werden, da einerseits
eine sichere Plasma-Aktivierung des Ummantelungsmaterials 104-2 erreicht werden kann,
während andererseits die thermische Belastung auch relativ großer Partikelkerne niedrig
gehalten werden kann.
[0061] Alternativ kann das Ummantelungsmaterial 104-2 ein organisches Material, wie z. B.
ein Polymermaterial aufweisen, wobei weiterhin die oben angegebenen Materialien für
die Partikelkerne 104-1, d. h. beispielsweise Metalle bzw. Weichmetalle, Polymermaterialien
und/oder Kohlenstoffverbindungen eingesetzt werden können.
[0062] Wie bereits oben angegeben wurde, wird sich das Ummantelungsmaterial 104-2 bei dessen
Aktivierung zumindest teilweise verflüssigen und sich beim Auftreffen auf der Oberfläche
des Bauteils wiederverfestigen, so dass das wiederfestigte Ummantelungsmaterial eine
mechanische Verbindung zwischen dem Bauelement und dem Partikel bewirkt.
[0063] Alternativ wird das Ummantelungsmaterial bei dessen Aktivierung zumindest teilweise
oder auch vollständig von dem Partikel getrennt werden, d.h. beispielsweise verdampfen
oder zerfallen, wobei die Partikel dann bei der Aufbringung auf den Oberflächenbereich
des Bauelements, z.B. unter Einwirkung des Plasmastrahls, mit dem Oberflächenbereich
des Bauelements (mechanisch fest bzw. stoffschlüssig) verbunden werden.
[0064] Im Folgenden werden einige beispielhafte Prozessbeispiele des erfindungsgemäßen Konzepts,
d.h. des Verfahrens zur Herstellung einer Schichtstruktur an einem Oberflächenbereich
eines Bauelements, sowie der Verwendung einer Vorrichtung zum Durchführung dieses
Verfahrens, beschrieben.
[0065] Bei dem erfindungsgemäßen Konzept werden also vollständig mit dem Ummantelungsmaterial
104-2 umgebende/ummantelte Partikel 104-1 in ein physikalisch-thermisches (heißes)
Plasma eingebracht, wobei das Ummantelungsmaterial 104-2 als Träger und/oder Schutzschicht
des eigentlich aufzubringenden Partikels 104-1 fungiert. Die Ummantelung kann ein
metallisches und/oder organisches Material aufweisen. Da das erfindungsgemäße Konzept
insbesondere auch für mittlere Partikeldurchmesser von größer 25 µm und beispielsweise
in einem Bereich zwischen 50 µm und 150 µm eingesetzt werden kann, wird für die Durchwärmung
(Plasma-Aktivierung) des Ummantelungsmaterials 104-2 mit einer entsprechenden spezifischen
Dichte ein (relativ) energiereiches Plasma verwendet. Da der Aktivierungsprozess relativ
kurz (z.B. im Millisekunden-Bereich) dauert ("10-250ms") und somit die zu aktivierenden
Pulverteilchen 104 sich nur für relativ kurze Zeit in dem Prozessbereich, z. B. in
einer Prozesskammer, befinden, werden Prozesstemperaturen von einigen 1000 °K bei
der Plasma-Aktivierung eingesetzt.
[0066] Bei größeren mittleren Durchmessern d
1 (z.B. > 20 oder 50 µm) der Partikel 104-1 kann die Ummantelungsschicht 104-2 verhindern
bzw. zumindest einschränken, dass einerseits aufgrund der hohen Aktivierungstemperaturen
Beschädigungen an dem Material der Partikelkernen 104-1 selbst und insbesondere deren
Oberflächenbereiche auftreten, und sich anderseits mechanische Spannungen in dem Partikelmaterial
ergeben, da trotz der hohen Temperaturen gleichzeitig eine ungenügend homogene Durchwärmung
der Partikel 104-1 vermieden werden kann, die sonst im Worst-Case auch zu Spannungsrissen
in den Partikeln führen können. Bildhaft ausgedrückt kann somit mit der vollständigen
Ummantelungsschicht 104-2, die somit beispielsweise als eine Schutzschicht wirksam
ist, eine "verbrannte Kruste" der Partikel 104-1 bei einem "rohen Kern" der Partikel
104-1 vermieden werden.
[0067] Daher werden gemäß den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen die Partikel 104-1
in die als Schutzschicht wirksame Ummantelung 104-2 vollständig eingepackt, wobei
die Ummantelung bei den nachfolgenden Ausführungsvarianten folgende Effekte bzw. Wirkungen
bereitstellen kann:
- 1. Durch die Ummantelungsschicht bzw. das Ummantelungsmaterial 104-2 ergibt sich eine
Vergrößerung der Gesamtmasse eines einzelnen Pulverteilchens 104, wodurch beispielsweise
ein "Nachwärmeffekt" bei den Pulverteilchen 104 erzielt werden kann, die den Prozessbereich,
z. B. eine Prozesskammer, bereits verlassen haben. Diese Schutzschichten 104-2 können
gut oder auch schlecht wärmeleitfähige Materialien aufweisen, wobei aber das Ummantelungsmaterial
104-2 im Allgemeinen eine größere spezifische Wärmekapazität als das Partikelmaterial
104-1 aufweist. Somit eignen sich beispielsweise Metalle für das Ummantelungsmaterial
104-2.
Die Schutzschicht 104-2 kann so ausgebildet sein, dass sie den nachfolgenden "Aufbringungsprozess"
nicht stört und gegebenenfalls auch auf der bearbeiteten Oberfläche, d. h. sowohl
auf dem Substrat (der Bauelementoberfläche 202) und an den Partikeln 104-1, selbst
verbleiben kann. Insbesondere ist das Ummantelungsmaterial 104-2 auch wirksam, um
die mechanische Verbindung zwischen dem Substratmaterial 204 und den darauf aufzubringenden
Partikeln 104-1 zu verbessern.
- 2. Alternativ kann die Schutzschicht 104-2 während der Plasma-Aktivierung in dem Prozess
"zerfallen", wobei größtenteils nur die eigentlichen Partikel 104-1 verbleiben, welche
dann mittels Plasma-Aktivierung auf der Substratoberfläche 202 aufgebracht und mit
derselben fest verbunden werden können. Falls gewünscht ist, dass sich die Schutzschicht
104-2 während des Prozesses, d. h. insbesondere während der Plasma-Aktivierung, auflöst,
kann die Schutzschicht beispielsweise ein organisches Material, wie ein Polymermaterial,
aufweisen.
[0068] Die Schutzschicht 104-2 nun beispielsweise ferner wirksam sein, um die Partikel 104-1
im Verarbeitungsprozess, d. h. während der Lagerung, Zuführung zu dem Prozessbereich
oder bei der Plasma-Aktivierung, vor anderen, ungewünschten chemischen Reaktionen,
wie z. B. einer Oxidation, zu schützen.
[0069] Im Folgenden werden einige weitergehende Aspekte zu den oben dargestellten Ausführungsvariante
"1" dargestellt, bei der das Ummantelungsmaterial 104-2 bei dessen Plasma-Aktivierung
zumindest teilweise verflüssigt wird, und sich beim Auftreffen auf der Oberfläche
202 des Bauteils wieder verfestigt, so dass das wiederverfestigte Ummantelungsmaterial
eine mechanische Verbindung zwischen dem Bauelement und dem jeweiligen Partikel bewirkt.
[0070] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann beispielsweise das Partikelmaterial 104-1 ein
organisches Material (bzw. organische Stoffe) enthalten, um als Funktionselemente
für eine elektronische Sensoranordnung wirksam zu sein. So kann beispielsweise das
organische Material der Ummantelung 104-2 auch dielektrische Eigenschaften aufweisen.
[0071] Die Partikel 104-1 in dem Pulvermaterial 104 können beispielsweise organische Materialien
aufweisen, die durch die Plasma-Aktivierung und die mechanische Ankopplung an oder
über das umgebende Ummantelungsmaterial an dem Oberflächenbereich 202 des Substrats
204 ihre physikalischen oder elektrischen (z. B. dielektrischen) Eigenschaften ändern.
Das Ummantelungsmaterial kann beispielsweise als Lotmaterial fungieren, wobei die
physikalische Änderung(en) an das Substrat 204 weitergegeben werden. Das Substrat
204 kann beispielsweise eine Leiterplatte oder auch eine Chipoberfläche sein. Als
Substratmaterialien kommen beispielsweise Stahl oder rostfreier Stahl, glasfaserverstärkte
Kunststoffmaterialien (CFK = Carbon fiber re-enforced plastics), Polyamide (PA), Polymere
im Allgemeinen, Gussmaterialien, Alu-Komponenten, Magnesiumteile, gesinterte Teile
etc. in Frage. Die Aufzählung ist nicht als abschließend anzusehen.
[0072] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann beispielsweise ein Partikel 104-1 aus einem
organischen Stoff bzw. Material mit einem Metallmaterial 104-2 (als Ummantelung) vollständig
ummantelt werden. Die Metallummantelung wird mittels thermischen Plasmas aktiviert,
wobei das als Schutzschicht wirksame Metallmaterial zumindest teilweise aufgeschmolzen
wird. Das zumindest zähflüssige (teigige) Metallmaterial schützt weiterhin das organische
Material (Organik) der Partikel 104-1 von den aufgrund der Plasma-Aktivierung sehr
hohen Oberflächentemperaturen. Das aktivierte Pulverteilchen (der Werkstoff) 104 verlässt
den Prozessbereich, z. B. die Prozesskammer, und trifft auf die Substratoberfläche
202 auf, an der das aktivierte Pulverteilchen 104 aufgebracht wird und sich insbesondere
das zumindest zähflüssige Ummantelungsmaterial (Metallmaterial) beispielsweise stoffschlüssig
mit dem Substratmaterial verbindet (z. B. verbäckt bzw. verschmilzt), wobei zumindest
Teile des organischen Partikels 104-1 durch die Kinetik (Geschwindigkeit, Masse und
Dämpfung) des Aufbringungsvorgangs auf der Substratoberfläche von dem Ummantelungsmaterial
(Metallmaterial) freigelegt werden.
[0073] Ein weiteres Ausführungsbeispiel kann beispielsweise darin bestehen, Glaspartikel
104-1 metallisch zu ummanteln, d. h. mit einer Metallummantelung 104-2 zu versehen,
wobei die aktivierten, ummantelten Glaspartikel 104 gezielt auf die zu behandelnde
Oberfläche 202 aufgebracht werden können.
[0074] Durch die im Vorhergehenden beschriebene Verformung des metallischen Ummantelungsmaterials
104-2 bei dem Auftreffen auf dem zu behandelnden Oberflächenbereich 202 des Bauelements
204 werden einerseits die Glaspartikel 104-1 zumindest teilweise freigelegt, während
das Metallmaterial 104-1 eine z.B. formschlüssige (mechanisch feste) Verbindung mit
dem Substratmaterial eingeht. Somit werden die Glaspartikel von dem (verformten) Metallmaterial
der Ummantelung, ähnlich wie ein Schmuckstein in seiner Fassung, in der gewünschten
Position gehalten. Für optische Anwendungen z. B. im sensorischen Laser- oder LED-Bereich
sind anstelle von Glaspartikeln auch Saphir- oder Diamantpartikel einsetzbar, um gewünschte
optische Eigenschaften auf der Oberfläche des behandelten Substratmaterials zu erhalten.
[0075] Die oben dargestellten Ausführungsbeispiele sind beispielsweise natürlich gleichermaßen
auf ein Partikel-Schutzschicht-System anwendbar, bei dem ein Partikel 104-1 aus einem
organischen Material mit einem Metall 104-2 (z. B. Weichmetall) ummantelt wird, um
den organischen Partikelkern 104-2 vor der oberflächlichen thermischen Beeinträchtigung
bzw. Zerstörung (Verbrennen bzw. Verkohlen) während der Plasmabehandlung zu schützen.
[0076] Ansonsten sind die im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Ausführungsvariante
"1" gleichermaßen auch auf ein solches Partikel-Schutzschicht-System anwendbar.
[0077] Wird nun eine Prozessabfolge gewählt, bei der das Ummantelungsmaterial 104-2 bei
dessen Plasma-Aktivierung von dem Partikel 104-1 gemäß der obigen Ausführungsvariante
"2" getrennt wird (z. B. verdampft oder zerfällt), wird auf die nachfolgende beispielhaften
Ausführungsbeispiele verwiesen.
[0078] Soll beispielsweise eine Kupfer-Schicht (Cu-Schicht) auf dem Substrat 204 strukturiert
bzw. aufgebaut werden, kann beispielsweise ein mit einer organischen Schutzschicht
104-2 versehenes Kupferpulver 104 verwendet werden. Das heißt, die Partikel 104-1
sind Kupferpartikel, während das Ummantelungsmaterial 104-2 beispielsweise eine organische
Schutzschicht, z. B. ein Polymermaterial, aufweist. Damit kann verhindert werden,
dass das Kupfermaterial der Partikel 104-1 bereits im Lagerbehältnis chemischen Reaktionen
ausgesetzt ist, d.h. beispielsweise zu oxidieren beginnt. Ferner können etwaige Reaktionen
unter den höheren Aktivierungstemperaturen schneller ablaufen. Die organische Schutzschicht
104-2, welche die Kupferpartikel 104-1 ummantelt und schützt, vereinfacht somit die
Langzeitlagerung des Metallpulvers 104 (Kupferpulvers), wobei insbesondere auch günstige
und einfach einsetzbare Prozessgase, beispielsweise sogar Luft (Pressluft), verwendet
werden können.
[0079] Das mit der Schutzschicht 104-2 ummantelte Metallpulver 104-1 (z. B. Kupferpulver)
gelangt nun in den Prozessbereich 106, z. B. in eine Plasmaprozesskammer, wird dort
plasma-aktiviert, d. h. erwärmt, wobei die Schutzschicht 104-2 gegebenenfalls sogar
mit einem weiteren antioxidativen Zusatz, wie Phosphor, versehen sein kann. Die Schutzschicht
104-2 wird nun während des Plasma-Aktivierungsvorgangs entfernt, z. B. von dem Metallpartikel
104-1 (z. B. Kupferpartikel) weggebrannt, so dass das reine Metallpulver 104-1 übrigbleibt
und nachfolgend oxidfrei auf die zu behandelnde Substratoberfläche 202 aufgebracht
bzw. aufgeschmolzen werden kann. Damit kann äußerst effektiv eine sehr reine und verunreinigungsfreie
Abscheidung (Metallabscheidung bzw. Beschichtung) auf dem gewünschten Oberflächenbereich
202 des Substrats 204 erzielt werden.
[0080] Bei Ausführungsbeispielen kann der mit der Schichtstruktur 200 zu versehende (zu
behandelnde) Oberflächenbereich 202 des Bauelements 204 auch vorgeheizt werden. Dieser
Vorheizvorgang kann beispielsweise gezielt mittels Laserbestrahlung oder mittels des
physikalisch-thermischen Plasmas selbst (ohne die Pulverteilchen 104) oder auch großflächiger
mittels eines induktiven Vorgangs oder eines (Durchlauf-)Ofens durchgeführt werden.
Ferner kann durch das Vorheizen des zu behandelnden Oberflächenbereichs des Bauelements
eine Reinigung dieses Oberflächenbereichs vor der Partikelaufbringung vorgenommen
werden. Somit kann beispielsweise bei dem Vorheizen des zu behandelnden Oberflächenbereichs
des Bauelements dieser so erwärmt werden, um während des nachfolgenden Aufbringens
der aktivierten Pulverteilchens 104 eine Temperatur zwischen 50°C und 250°C, zwischen
80°C und 130°C oder zwischen 100°C und 120°C aufzuweisen.
[0081] Die aufgebrachte Schichtstruktur 200 kann beispielsweise nicht durchgehend bzw. nicht
kontinuierlich sein, wobei die Partikel 104-1 mit einer Belegung von beispielsweise
5 % bis 50 % (oder beispielweise 2% bis 95%, 3% bis 80% oder 3% bis 30%) des Oberflächenbereichs
verteilt auf den behandelnden Oberflächenbereich 202 des Bauelements angeordnet sind.
Diesbezüglich wird auf die Fig. 2a-b verwiesen, die schematische Darstellungen in
einer Draufsicht und Schnittansicht (entlang der Schnittlinie AA) einer aufgebrachten
Schichtstruktur 200 an dem Oberflächenbereich 202 des Bauelements 204 zeigen.
[0082] Die oben angegebene Belegung bzw. Verteilung ist beispielsweise auf einen (einzelnen)
Überfahrvorgang (Behandlungsvorgang) des zu "beschichtenden" Oberflächenbereichs bezogen.
Der Überfahrvorgang des zu "beschichtenden" Oberflächenbereichs kann auch mehrfach
wiederholt werden, um beispielweise die gewünschte resultierende Belegungsdichte (bis
zu 100%) des Oberflächenbereichs mit den Pulverteilchen zu erhalten.
[0083] Alternativ kann die aufgebrachte Schichtstruktur auch eine durchgehende Beschichtung
auf dem behandelnden Oberflächenbereich des Bauelements bilden. Diesbezüglich wird
auf die Fig. 2c verwiesen, die eine schematische perspektivische Darstellung einer
aufgebrachten Beschichtung an dem Oberflächenbereich 202 des Bauelements 204 beispielhaft
zeigt.
[0084] Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann der Überfahrvorgang (Behandlungsvorgang)
des zu "beschichtenden" Oberflächenbereichs solange (mehrfach) wiederholt werden,
um beispielsweise eine homogene (i.W. Hohlraum-freie) Schichtstruktur zu erhalten,
wobei resultierende Schichtdicken d
S von mehreren µm bis mehreren 100 µm aufgebaut werden können.
[0085] Die Aktivierungstemperatur in dem Prozessbereich, d. h. in dem Vermischungsbereich
von Plasma- und Pulverelementen 104, kann beispielsweise zwischen 1000 °K und 10.
000 °K liegen. Das Plasma kann beispielsweise mittels eines Lichtbogens erzeugt werden.
Die Pulverteilchen 104 können aus einem Pulverreservoir (nicht gezeigt in Fig. 1)
in den Prozessbereich 106 befördert werden. Der Pulverteilchenfluss bzw. Durchsatz
durch den Prozessbereich 106 wird nun beispielsweise so gewählt, um über eine vordefinierte
mittlere Energieaufnahme des Ummantelungsmaterials die gewünschte Änderung der Viskosität
bzw. des Aggregatzustands des Ummantelungsmaterials in dem Prozessbereich 106 zu bewirken.
Ferner kann bei der Aufbringungseinrichtung 112 eine Ablenkungsanordnung (nicht gezeigt
in Fig. 1) vorgesehen sein, die beispielsweise ein magnetisches und/oder elektrisches
Feld in einem Bereich zwischen dem Prozessbereich (Aktivierungsbereich) 106 und der
Bauelemente-Oberfläche 202 erzeugt, um die (metallischen) Pulverteilchen von dem Plasmastrom
zu trennen, um beispielsweise zu verhindern, dass das Plasma auf die zu behandelnde
Bauelement-Oberfläche auftrifft.
[0086] Im Folgenden werden nun anhand von Fig. 3 Ausführungsbeispiele des Verfahrens 300
zur Herstellung einer Schichtstruktur 200 an einem Oberflächenbereich 202 eines Bauelements
204 beschrieben. Bei dem Verfahren 300 zur Herstellung einer Schichtstruktur an einem
Oberflächenbereich eines Bauelements werden zunächst Pulverteilchen 104 in einem Prozessbereich
bereitgestellt (Schritt 302), wobei ein Pulverteilchen jeweils einen oder mehrere
vollständig mit einem Ummantelungsmaterial 104-2 umgebenden Partikel 104-1 aufweist.
Daraufhin werden die Pulverteilchen 104 in dem Prozessbereich 106 mit einem physikalisch-thermischen
Plasma 110 aktiviert (Schritt 304), um eine Änderung, z.B. Verringerung, der Viskosität
bzw. eine Änderung des Aggregatzustands zumindest eines Teils des Ummantelungsmaterials
der Pulverteilchen zu bewirken. Schließlich werden die aktivierten Pulverteilchen
104 auf den Oberflächenbereich 202 des Bauelements 204 aufgebracht (Schritt 306),
um die (die Partikel aufweisende) Schichtstruktur 200 auf dem Oberflächenbereich des
Bauelements zu erhalten.
[0087] Bei dem Schritt des Aktivierens 304 kann das Ummantelungsmaterial zumindest teilweise
verflüssigt werden und bei dem Schritt des Aufbringens 306 auf dem Oberflächenbereich
des Bauteils wiederverfestigt werden. Alternativ kann bei dem Schritt des Aktivierens
304 das Ummantelungsmaterial zumindest teilweise von dem Partikel getrennt werden,
wobei bei dem Schritt des Aufbringens 306 die Partikel dann mit dem Oberflächenbereich
des Bauelements verbunden werden.
[0088] Ferner kann bei einem optionalen Schritt des Vorheizens (nicht gezeigt in Fig. 3)
der mit der Schichtstruktur zu versehende Oberflächenbereich des Bauelements auf eine
Vorheiztemperatur in einem Bereich von 50 °C bis 250 °C, 80 °C bis 150 °C oder 90
°C bis 130 °C erwärmt werden. Der optionale Schritt des Vorheizens kann induktiv (z.B.
Wirbelstrom), mittels Laserstrahlung, mittels Elektronenstrahl, mittels eines Durchlaufofens
oder mittels des physikalisch-thermischen Plasmas selbst durchgeführt werden.
[0089] Der Schritt 306 des Aufbringens kann durchgeführt werden, um eine nicht-durchgehende
Schichtstruktur mit einer Oberflächenbelegungsdichte zwischen 2% und 95% auf dem behandelten
Oberflächenbereich des Bauelements zu erzeugen. Alternativ kann der Schritt 306 des
Aufbringens durchgeführt werden, um eine (zumindest bereichsweise) kontinuierliche
Beschichtung 200 auf dem behandelten Oberflächenbereich des Bauelements zu erzeugen.
[0090] Bei dem Schritt 302 des Bereitstellens können die Pulverteilchen aus einem Pulverreservoir
in den Prozessbereich befördert werden. Dabei kann der Pulverteilchenfluss durch den
Prozessbereich so gewählt werden, dass über eine vordefinierte mittlere Energieaufnahme
des Ummantelungsmaterials eine gewünschte Änderung der Viskosität des Ummantelungsmaterials
bewirkt wird.
[0091] Bei dem Schritt 306 des Aufbringens kann ein magnetisches und/oder elektrisches Feld
in dem Bereich zwischen dem Prozessbereich und der Bauelementoberfläche erzeugt werden,
um die aktivierten Pulverteilchen vor dem Auftreffen auf dem Oberflächenbereich zumindest
teilweise von dem Plasmastrom zu trennen.
[0092] Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung zur Herstellung einer
Schichtstruktur an einem Oberflächenbereich eines Bauelements beschrieben wurden,
versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens
zur Herstellung einer Schichtstruktur an einem Oberflächenbereich eines Bauelements
darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender
Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist.
Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt
beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details
oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte
können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats),
wie unter Verwendung eines Mikroprozessors, eines programmierbaren Computers oder
einer elektronischen Schaltung durchgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen
können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen
Apparat ausgeführt werden.
[0093] Gemäß einem ersten Aspekt kann eine Vorrichtung 100 zur Herstellung einer Schichtstruktur
200 an einem Oberflächenbereich 202 eines Bauelements 204 folgende Merkmale aufweisen:
eine Pulverfördereinrichtung 102 zum Bereitstellen von Pulverteilchen in einen Prozessbereich
106, wobei ein Pulverteilchen 104 jeweils einen oder mehrere vollständig mit einem
Ummantelungsmaterial 104-2 umgebenden Partikel 104-1 aufweist, eine Plasmaquelle 108
zum Einbringen eines physikalisch-thermischen Plasmas 110 in den Prozessbereich 106,
um die bereitgestellten Pulverteilchen 104 in dem Prozessbereich 106 mit dem physikalisch-thermischen
Plasma 110 zu aktivieren, um eine Änderung des Aggregatszustands oder eine Verringerung
der Viskosität zumindest eines Teils des Ummantelungsmaterials 104-2 der Pulverteilchen
104 zu bewirken, und eine Aufbringeinrichtung 112 zum Aufbringen der aktivierten Pulverteilchen
104 auf dem Oberflächenbereich 202 des Bauelements 204, um die Schichtstruktur 200
auf dem Oberflächenbereich 202 des Bauelements 204 zu erhalten.
[0094] Gemäß einem zweiten Aspekt unter Bezugnahme auf den ersten Aspekt kann das Ummantelungsmaterial
104-2 ausgebildet sein, um die Partikel 104-1 der Pulverelemente 104 vor dem Verarbeitungsprozess
hermetisch gegenüber der Umgebungsatmosphäre abzuschirmen.
[0095] Gemäß einem dritten Aspekt unter Bezugnahme auf zumindest einen des ersten bis zweiten
Aspekts kann das Ummantelungsmaterial 104-2 eine größere spezifische Wärmekapazität
als das Material der Partikel 104-1 aufweisen.
[0096] Gemäß einem vierten Aspekt unter Bezugnahme auf zumindest einen des ersten bis dritten
Aspekts können die Pulverteilchen 104 jeweils eine Mehrfachummantelung aus unterschiedlichen
Materialien oder mit unterschiedlichen Materialzusammensetzungen aufweisen.
[0097] Gemäß einem fünften Aspekt unter Bezugnahme auf zumindest einen des ersten bis vierten
Aspekts können die Partikelkerne 104-1 einen mittleren Durchmesser von 25 µm bis 250
µm oder von 46 µm bis 250 µm aufweisen.
[0098] Gemäß einem sechsten Aspekt unter Bezugnahme auf zumindest einen des ersten bis fünften
Aspekts kann die Härte des Materials der Partikel 104-1 höher sein als die Härte des
Bauelementmaterials in dem Oberflächenbereich 202.
[0099] Gemäß einem siebten Aspekt unter Bezugnahme auf zumindest einen des ersten bis fünften
Aspekts kann die Härte des Materials der Partikel 104-1 geringer sein als die Härte
des Bauelementmaterials in dem Oberflächenbereich 202.
[0100] Gemäß einem achten Aspekt unter Bezugnahme auf zumindest einen des ersten bis siebten
Aspekts kann die Plasmaquelle 108 ausgebildet sein, um das physikalisch-thermische
Plasma 110 derart bereitzustellen, dass sich das Ummantelungsmaterial 104-2 bei dessen
Aktivierung zumindest teilweise verflüssigt.
[0101] Gemäß einem neunten Aspekt unter Bezugnahme auf zumindest einen des ersten bis siebten
Aspekts kann die Plasmaquelle 108 ausgebildet sein, um das physikalisch-thermische
Plasma 110 so bereitzustellen, dass das Ummantelungsmaterial 104-2 bei dessen Aktivierung
in dem Prozessbereich von den Partikeln 104-1 getrennt oder verdampft wird.
[0102] Gemäß einem zehnten Aspekt unter Bezugnahme auf zumindest einen des ersten bis neunten
Aspekts kann das Ummantelungsmaterial ein Zusatzmaterial aufweisen, wobei das in dem
Ummantelungsmaterial vorhandene Zusatzmaterial als Antioxidationsmittel und/oder Katalysator
für das Material des Partikelkerns und/oder der Ummantelung während des Aktivierungsvorgangs
wirksam ist.
[0103] Gemäß einem elften Aspekt unter Bezugnahme auf zumindest einen des ersten bis zehnten
Aspekts kann das Ummantelungsmaterial ein Metall oder Polymermaterial aufweisen.
[0104] Gemäß einem zwölften Aspekt unter Bezugnahme auf zumindest einen des ersten bis elften
Aspekts kann die Vorrichtung ferner eine Vorheizeinrichtung aufweisen, die ausgebildet
ist, um den mit der Schichtstruktur 200 zu versehenden Oberflächenbereich 202 des
Bauelements 204 auf eine Vorheiztemperatur vorzuheizen, die in einem Bereich von 50
°C bis 250 °C oder 80 °C bis 130 °C liegt.
[0105] Gemäß einem dreizehnten Aspekt unter Bezugnahme auf den zwölften Aspekt kann die
Vorheizeinrichtung ausgebildet sein, um den mit der Schichtstruktur 200 zu versehenden
Oberflächenbereich 202 des Bauelements induktiv, mittels Laserstrahlung, mittels Elektronenstrahl,
mittels eines Durchlaufofens oder mittels des physikalisch-thermischen Plasmas selbst
vorzuheizen.
[0106] Gemäß einem vierzehnten Aspekt kann eine Vorrichtung 100 zur Herstellung einer Schichtstruktur
200 an einem Oberflächenbereich 202 eines Bauelements 204 folgende Merkmale aufweisen:
eine Pulverfördereinrichtung 102 zum Bereitstellen von Pulverteilchen in einen Prozessbereich
106, wobei ein Pulverteilchen 104 jeweils einen oder mehrere vollständig mit einem
Ummantelungsmaterial 104-2 umgebenden Partikel 104-1 aufweist, eine Plasmaquelle 108
zum Einbringen eines physikalisch-thermischen Plasmas 110 in den Prozessbereich 106,
um die bereitgestellten Pulverteilchen 104 in dem Prozessbereich 106 mit dem physikalisch-thermischen
Plasma 110 zu aktivieren, um eine Änderung des Aggregatszustands oder eine Verringerung
der Viskosität zumindest eines Teils des Ummantelungsmaterials 104-2 der Pulverteilchen
104 zu bewirken, und eine Aufbringeinrichtung 112 zum Aufbringen der aktivierten Pulverteilchen
104 auf dem Oberflächenbereich 202 des Bauelements 204, um die Schichtstruktur 200
auf dem Oberflächenbereich 202 des Bauelements 204 zu erhalten, wobei das Ummantelungsmaterial
104-2 ausgebildet ist, um die Partikel 104-1 der Pulverelemente 104 vor dem Verarbeitungsprozess
hermetisch gegenüber der Umgebungsatmosphäre abzuschirmen; und wobei das Ummantelungsmaterial
ein Zusatzmaterial aufweist, wobei das in dem Ummantelungsmaterial vorhandene Zusatzmaterial
als Antioxidationsmittel oder Katalysator für das Material des Partikelkerns und/oder
der Ummantelung während des Aktivierungsvorgangs wirksam ist.
[0107] Gemäß einem fünfzehnten Aspekt kann ein Verfahren 300 zur Herstellung einer Schichtstruktur
an einem Oberflächenbereich eines Bauelements folgende Schritte aufweisen: Bereitstellen
302 von Pulverteilchen in einem Prozessbereich, wobei ein Pulverteilchen jeweils einen
oder mehrere vollständig mit einem Ummantelungsmaterial umgebenen Partikel aufweist,
Aktivieren 304 der Pulverteilchen in dem Prozessbereich mit einem physikalisch-thermischen
Plasma, um eine Änderung des Aggregatszustands oder eine Verringerung der Viskosität
zumindest eines Teils des Ummantelungsmaterials der Pulverteichen zu bewirken, und
Aufbringen 306 der aktivierten Pulverteilchen auf dem Oberflächenbereich des Bauelements,
um die Schichtstruktur auf dem Oberflächenbereich des Bauelements zu erhalten.
[0108] Gemäß einem sechzehnten Aspekt unter Bezugnahme auf den fünfzehnten Aspekt kann bei
dem Schritt des Aktivierens 304 das Ummantelungsmaterial zumindest teilweise verflüssigt
werden und bei dem Schritt des Aufbringens 306 auf dem Oberflächenbereich des Bauteils
wiederverfestigt werden.
[0109] Gemäß einem siebzehnten Aspekt unter Bezugnahme auf den fünfzehnten Aspekt kann bei
dem Schritt des Aktivierens 304 das Ummantelungsmaterial von dem Partikel getrennt
oder verdampft werden, und bei dem Schritt des Aufbringens 306 können die Partikel
mit dem Oberflächenbereich des Bauelements verbunden werden.
[0110] Gemäß einem achtzehnten Aspekt unter Bezugnahme auf zumindest einen des fünfzehnten
bis siebzehnten Aspekts kann das Verfahren ferner folgenden Schritt aufweisen: Vorheizen
des mit der Schichtstruktur zu versehenden Oberflächenbereich des Bauelements auf
eine Vorheiztemperatur in einem Bereich von 50 °C bis 250 °C oder 80 °C bis 130 °C.
[0111] Gemäß einem neunzehnten Aspekt unter Bezugnahme auf den achtzehnten Aspekt kann der
Schritt des Vorheizens induktiv, mittels Laserstrahlung, mittels Elektronenstrahl,
mittels eines Durchlaufofens oder mittels des physikalisch-thermischen Plasmas selbst
durchgeführt werden.
[0112] Gemäß einem zwanzigsten Aspekt unter Bezugnahme auf zumindest einen des fünfzehnten
bis neunzehnten Aspekts kann der Schritt 306 des Aufbringens durchgeführt werden,
um eine nicht-durchgehende Schichtstruktur mit einer Oberflächenbelegungsdichte zwischen
2% und 95% auf dem behandelten Oberflächenbereich des Bauelements zu erzeugen.
[0113] Gemäß einem einundzwanzigsten Aspekt unter Bezugnahme auf zumindest einen des fünfzehnten
bis zwanzigsten Aspekts kann der Schritt 306 des Aufbringens durchgeführt werden,
um eine durchgehende Beschichtung auf dem behandelten Oberflächenbereich des Bauelements
zu erzeugen.
[0114] Gemäß einem zweiundzwanzigsten Aspekt unter Bezugnahme auf zumindest einen des fünfzehnten
bis einundzwanzigsten Aspekts können bei dem Schritt 302 des Bereitstellens die Pulverteilchen
aus einem Pulverreservoir in den Prozessbereich befördert werden.
[0115] Gemäß einem dreiundzwanzigsten Aspekt unter Bezugnahme auf zumindest einen des fünfzehnten
bis zweiundzwanzigsten Aspekts kann bei dem Schritt 302 des Bereitstellens der Pulverteilchenfluss
durch den Prozessbereich so gewählt werden, dass über eine vordefinierte mittlere
Energieaufnahme des Ummantelungsmaterials eine gewünschte Änderung der Viskosität
des Ummantelungsmaterials bewirkt wird.
[0116] Gemäß einem vierundzwanzigsten Aspekt unter Bezugnahme auf zumindest einen des fünfzehnten
bis dreiundzwanzigsten Aspekts kann bei dem Schritt 306 des Aufbringens ein magnetisches
und/oder elektrisches Feld in dem Bereich zwischen dem Prozessbereich und der Bauelementoberfläche
erzeugt werden, um die Pulverteilchen zumindest teilweise von dem Plasmastrom zu trennen.
[0117] Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der
Erfindung in Hardware oder in Software oder zumindest teilweise in Hardware oder zumindest
teilweise in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung
eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer
BluRay Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines
FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers
durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind,
die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken,
dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium
computerlesbar sein.
[0118] Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger,
der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren
Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren
durchgeführt wird.
[0119] Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung als Computerprogrammprodukt
mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam
ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem
Computer abläuft. Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren
Träger gespeichert sein.
[0120] Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der
hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinen-lesbaren
Träger gespeichert ist. Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines
der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer
abläuft.
[0121] Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist somit ein Datenträger
(oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das
Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet
ist. Der Datenträger oder das digitale Speichermedium oder das computerlesbare Medium
sind typischerweise greifbar und/oder nicht flüchtig.
[0122] Ein weiteres Ausführungsbeispiel des vorliegenden Offenbarung ist somit ein Datenstrom
oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen
eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom
oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert
sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert
zu werden.
[0123] Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise
einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert
oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Ein weiteres
Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen
eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
[0124] Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Offenbarung umfasst eine Vorrichtung oder
ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest
eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung
kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise
ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein.
Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung
des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen.
[0125] Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise
ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder
alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen
Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor
zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein
werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung
durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor
(CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.
[0126] Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung
der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Deshalb ist beabsichtigt, dass die
Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche beschränkt
sei.