本發(fā)明涉及一種通過低溫氣體噴射給承載構(gòu)件(“承載構(gòu)件”亦可稱為“載體構(gòu)件”)涂層的方法。在此方法中，在涂層前將掩膜鋪設(shè)在承載構(gòu)件上，以及在此掩膜的掩膜孔區(qū)域內(nèi)將一種材料涂敷在承載構(gòu)件上，此時(shí)，這種材料完全填滿掩膜孔。

背景技術(shù)：

低溫氣體噴射是一種已知的方法，在此方法中規(guī)定用于涂層的粒子借助收斂-擴(kuò)散噴嘴優(yōu)選地加速到超音速，因此粒子基于其沖壓動(dòng)能保持附著在要涂層的表面上。在這里利用粒子的動(dòng)能，它導(dǎo)致粒子塑性變形，在這種情況下涂層粒子在入射時(shí)僅在其表面熔化。因此相比于其他熱噴射法將這種方法稱為低溫氣體噴射，因?yàn)樗诒容^低的溫度下實(shí)施，此時(shí)涂層粒子基本上保持固態(tài)。優(yōu)選地，為了低溫氣體噴射，它也稱為動(dòng)力噴射，使用低溫氣體噴射設(shè)備，它有氣體加熱裝置用于加熱氣體。在氣體加熱裝置上連接滯止室，它在出口側(cè)與收斂-擴(kuò)散噴嘴，優(yōu)選拉瓦爾噴管連接。收斂-擴(kuò)散噴嘴有一個(gè)聚合的分段和一個(gè)擴(kuò)張的分段，它們通過噴嘴的臨界截面連接。收斂-擴(kuò)散噴嘴在出口側(cè)產(chǎn)生形式上為內(nèi)含粒子的高速，優(yōu)選地超音速氣流的粉末射束。

由現(xiàn)有技術(shù)已知一種前言所述類型的方法。按de102004058806a1例如規(guī)定，在一個(gè)制冷體上能形成至少一個(gè)具有一定結(jié)構(gòu)的電絕緣層和一個(gè)具有一定結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電層。為此使用掩膜，它們的孔按這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。所述具有一定結(jié)構(gòu)的涂層用作電路結(jié)構(gòu)，為此目的它們必須滿足一些電路要求，例如規(guī)定的導(dǎo)體橫截面。這些涂層可以在多個(gè)涂層面內(nèi)重疊。

由d.-y.kim等人的論文“coldspraydepositionofcopperelectrodesonsiliconandglasssubstrates”,journalofthermalspraytechnology,vol.22,october2013已知，采用低溫氣體噴射并借助鋪設(shè)在底物上的掩膜制造印刷電路板上的線路，然而會(huì)甩出這樣的問題，為此所需的掩膜有寬度較小的掩膜孔。在這里，掩膜孔寬度與掩膜厚度之比，造成低溫氣體射束在掩膜孔內(nèi)使粒子難以沉積的流動(dòng)狀況。這是因?yàn)樵谘谀け谏闲纬苫亓?，它?dǎo)致被沉積材料的三角形橫截面，此橫截面的尖頂處于掩膜孔中心以及面朝低溫氣體射束。在掩膜孔壁本身卻沒有材料粘附。對(duì)于制造印制線路重要的是，印制線路的橫截面適用于傳輸所要求的電流，與之相比，所制成的橫截面形狀起次要作用。

為避免在掩膜孔內(nèi)出現(xiàn)不利于沉積例如矩形截面的流動(dòng)狀況，按k.-r.ernst等人的論文“anwendundsvielfaltdeskaltgasspritzens”,tagungsbanddergemeinschaftthermischesspritzene.v.,druck:gerdfriedwolfertstetter,gilching2012建議，不必在承載構(gòu)件上鋪設(shè)用于低溫氣體噴射的掩膜，而是可以離承載構(gòu)件有一定距離處固定掩膜。然而，在掩膜離承載構(gòu)件距離增加時(shí)，這一措施導(dǎo)致被噴射面的側(cè)面總是進(jìn)一步慢慢結(jié)束。因此在掩膜孔內(nèi)制成的結(jié)構(gòu)橫截面同樣不是矩形，而是近似梯形。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，改進(jìn)低溫氣體噴射法，使之能得到一種涂層成果，按本方法能制成具有較高精度的側(cè)面幾何形狀。

所述目的通過前言所述方法按本發(fā)明采取下述措施達(dá)到，亦即在一個(gè)工藝步驟中，在材料涂敷后(材料因而處于掩膜孔內(nèi)并同樣可能沉積在掩膜孔邊緣上)實(shí)施去除處理，在此過程中，去除涂敷在掩膜(面朝低溫氣體射束的)上側(cè)水平面上方的材料。在另一個(gè)工藝步驟中，按本發(fā)明在掩膜上鋪設(shè)另一個(gè)掩膜，以及在此掩膜的掩膜孔區(qū)域內(nèi)將材料(這種材料可以有與之前放置的材料成分相同或其成分不同)涂敷在已涂敷的材料上。通過去除在先前工藝步驟中的材料，可以將另一個(gè)掩膜鋪設(shè)在先前的那個(gè)掩膜由此已平整的表面上。在掩膜孔的區(qū)域內(nèi)也形成一個(gè)平的表面，它準(zhǔn)確地處于已填滿的那個(gè)掩膜表面的平面內(nèi)。因此，也可以將材料再次完全填滿所鋪設(shè)的另一個(gè)掩膜。

這兩個(gè)最后提到的工藝步驟可以多次實(shí)施，直至在承載構(gòu)件上涂敷的材料達(dá)到要求的(亦即結(jié)構(gòu)規(guī)定的)厚度。由此結(jié)束涂層并可以除去掩膜，在承載構(gòu)件上留下涂層成果。使用多個(gè)掩膜突出的優(yōu)點(diǎn)在于，可以與涂層成果的厚度無(wú)關(guān)，只按照流體動(dòng)力學(xué)有利充填材料的觀察角度擬定掩膜的厚度。換句話說，多個(gè)掩膜上下重疊，以制成涂層成果所要求的厚度。每個(gè)掩膜在這里逐個(gè)充填，在這里通過選擇掩膜厚度保證完全填滿。此外，通過接著去除多余的材料還保證，相鄰的掩膜足夠緊密地互相貼靠，由此涂層結(jié)構(gòu)的相應(yīng)分區(qū)能夠無(wú)干擾地構(gòu)成。通過完全填滿各掩膜，所制成的涂層形成有利的側(cè)面，它們直接貼靠在掩膜孔的壁上。因此有利地通過低溫氣體噴射還能制成一些結(jié)構(gòu)，它們的側(cè)邊界準(zhǔn)確垂直于承載構(gòu)件表面延伸。尤其是，當(dāng)相鄰掩膜的掩膜孔總是完全重疊時(shí)，還能制成柱狀結(jié)構(gòu)。

相鄰掩膜的掩膜孔一般必須至少在部分區(qū)域內(nèi)疊叉，以形成整體式涂層成果。當(dāng)然，在承載構(gòu)件上可以造成多個(gè)這種互不接觸的涂層成果。當(dāng)上下相繼的掩膜有全等的掩膜孔或逐漸減小、完全重疊的掩膜孔，則附加得到的優(yōu)點(diǎn)是，在涂層結(jié)束后能非常容易從構(gòu)件除去掩膜。也就是說，此時(shí)它們能方便地向上(亦即從承載構(gòu)件垂直離開)扯掉，因?yàn)樵谥瞥傻耐繉映晒袥]有構(gòu)成側(cè)凹。

按本發(fā)明一種有利的設(shè)計(jì)規(guī)定，由材料構(gòu)成的涂層成果與承載構(gòu)件分離。涂層成果有利地因而本身意味著是一個(gè)構(gòu)件，它在與承載構(gòu)件分離后可以用作它用。承載構(gòu)件(亦可稱為“載體構(gòu)件”)本身因而僅理解為是涂層成果的構(gòu)建平臺(tái)。

有利地，按本發(fā)明的方法因此可利用作為構(gòu)件的生殖制造方法。為了準(zhǔn)備實(shí)施這種方法，按本發(fā)明的一種設(shè)計(jì)可以規(guī)定，掩膜孔的設(shè)計(jì)在考慮到用于構(gòu)件的掩膜厚度的情況下按以下所述確定，亦即將構(gòu)件的幾何尺寸通過計(jì)算分解為重疊的盤。為此常用的計(jì)算方法是眾所周知的并優(yōu)選地基于要制造構(gòu)件的cad模型。在按本發(fā)明方法已提及的設(shè)計(jì)中，構(gòu)件經(jīng)計(jì)算得出的盤，準(zhǔn)確給定掩膜孔的體積。因此在確定盤的厚度時(shí)，便可以考慮掩膜應(yīng)有什么厚度。

作為替代方式，按本發(fā)明的方法當(dāng)然也可以用于提供具有一定結(jié)構(gòu)的涂層的構(gòu)件。這種例如可在機(jī)器中使用的構(gòu)件，在按本發(fā)明方法的這種方案中意味著是所述的承載構(gòu)件。在這種情況下涂層成果是在該承載構(gòu)件上要制造的具有一定結(jié)構(gòu)的涂層。

按本發(fā)明的一種特殊的設(shè)計(jì)規(guī)定，至少部分掩膜有最大為1mm的厚度。厚度為1mm的掩膜業(yè)已證明有良好的妥協(xié)性，從而也能制造具有所要求精確度的更精細(xì)的結(jié)構(gòu)。當(dāng)然并非無(wú)例外地需要所有的掩膜均有最大為1mm的厚度。沿低溫氣體射束方向看有較大橫截面積的那些涂層成果的部分區(qū)域，也可以制有比較大的掩膜孔。在這種情況下也可以實(shí)現(xiàn)較大的掩膜厚度，從而在按本發(fā)明的方法中可以節(jié)省總的工藝步驟。由此在方法使用中有利地提高經(jīng)濟(jì)性。

在使用較厚的掩膜時(shí)，按一種有利的設(shè)計(jì)可以規(guī)定，至少掩膜之一分多個(gè)步驟充填。在材料沉積的各個(gè)步驟后實(shí)施去除工藝，此時(shí)去除處于掩膜上側(cè)水平面上方沉積的材料。在這里會(huì)涉及在形成的涂層成果中已經(jīng)超過掩膜的上側(cè)平面突出的不平度。此外在這里還會(huì)涉及在掩膜邊緣旁掩膜上側(cè)形成的材料顆粒的沉積。這些在逐漸生長(zhǎng)的情況下對(duì)涂層成果的構(gòu)成帶來負(fù)面影響，因此可有利的是，在充填掩膜時(shí)在其間總是反復(fù)將它們?nèi)コ?/p>

所提及的沉積也在使用有較小寬度掩膜孔的薄掩模時(shí)形成。由于掩膜小的厚度，在充填深度較小的掩膜孔期間不發(fā)生它們的生長(zhǎng)。因此在掩膜孔用材料完全填滿后清除沉積，使隨后的掩膜能鋪放在平的底物上便足夠了，所述平的底物可以通過處理掩膜和沉積材料的表面形成。

按本發(fā)明另一項(xiàng)設(shè)計(jì)規(guī)定，所有的、它們的掩膜孔至少沿一個(gè)方向有最大為1mm寬度的掩膜，有最大為1mm的厚度。作為替代也可以規(guī)定，在所有的掩膜中，掩膜厚度與掩膜孔最小寬度之比保持最大為1。在這里涉及掩膜有利的設(shè)計(jì)規(guī)則，它們防止已提及的在掩膜孔內(nèi)形成不良流動(dòng)狀況并因而關(guān)系到掩膜孔有缺陷的材料充填。應(yīng)考慮涂層成果的質(zhì)量規(guī)定。具體而言，允許在要構(gòu)成的涂層成果中形成的小孔不超過規(guī)定值，以便使涂層成果符合具體情況的質(zhì)量要求。

為了能在使用情況下檢驗(yàn)所選擇的掩膜厚度的適合度，可有利地規(guī)定，至少掩膜之一允許的厚度通過以下所述確定，亦即掩膜用要加工的材料完全填滿。在這之后接著檢驗(yàn)由涂敷的材料構(gòu)成的涂層成果是否達(dá)到要求的質(zhì)量。在這里要求的質(zhì)量必須通過能測(cè)量的參數(shù)說明。例如可以采用涂層成果的密度。它提供有關(guān)涂層成果中氣孔份額的說明。還可以檢驗(yàn)氣孔尺寸本身，因?yàn)橛绕湓谘谀た椎谋趨^(qū)內(nèi)會(huì)吸附氣孔和/或出現(xiàn)體積較大的氣孔。這些例如可以通過制成磨片或磨樣檢驗(yàn)。

為了檢驗(yàn)可以制造要么試樣要么有待制成的涂層成果本身。若涂層成果滿足質(zhì)量要求，則可以用厚度較大的掩膜重復(fù)檢驗(yàn)。這種檢驗(yàn)因此可包含多個(gè)疊代步驟。作為替代方式當(dāng)然也可以使用本方法，以確認(rèn)所選擇的掩膜厚度的適宜性，不用沿較大的掩膜厚度方向通過其他疊代步驟充分利用可能的空隙。

有利的是，掩膜確定的適用厚度與涂層的工藝參數(shù)一起儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)。由此在后續(xù)的過程中易于確定掩膜的厚度，因?yàn)榭梢詣?dòng)用經(jīng)驗(yàn)知識(shí)。它包含下述有關(guān)的信息，亦即掩膜孔的幾何尺寸和掩膜厚度，以及被處理的材料和低溫氣體噴射設(shè)備所調(diào)整的涂層參數(shù)，如粉末輸送速度、粉末類型和氣體溫度、氣體壓力及使用的氣體載體類型。

若至少一個(gè)掩膜設(shè)計(jì)為分成多個(gè)部分，其中分界縫從掩膜外邊緣延伸到掩膜孔，則得到本發(fā)明的一項(xiàng)特殊設(shè)計(jì)。它們?cè)O(shè)置為，使這些掩膜部分能平行于其上側(cè)彼此拉開。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是，這些掩膜部分能便于與涂層成果分離。尤其是，當(dāng)涂層成果有側(cè)凹時(shí)，不可能如上面說明的那樣向上從承載構(gòu)件扯掉掩膜。當(dāng)然，若朝涂層成果側(cè)面有足夠的位置，則掩膜構(gòu)件至少在側(cè)凹小的情況下可以所謂的向側(cè)向抽拉，并由此脫開涂層成果。

向上或部分朝側(cè)向除去掩膜有突出的優(yōu)點(diǎn)，它們?cè)诜椒ê罄m(xù)的過程中可以再次使用。此外還有可能在短時(shí)間內(nèi)除去掩膜。當(dāng)然若不可能整個(gè)或部分除去掩膜，則還存在可能性將掩膜破壞。若它們與涂層成果不同，例如由非貴重的材料制成，則允許將它們化學(xué)或電化學(xué)溶解。

附圖說明

下面借助附圖說明本發(fā)明的其他詳情。圖中相同或相應(yīng)的元件總是采用相同標(biāo)記，并就此而言僅多次說明在各附圖之間有什么差別。其中：

圖1至7用示意剖面圖表示按本發(fā)明制造柱狀結(jié)構(gòu)用方法的一種實(shí)施例所選擇的工藝步驟；

圖8至15用示意剖面圖表示按本發(fā)明用于制造具有側(cè)凹的構(gòu)件的方法的另一種實(shí)施例所選擇的工藝步驟；

圖16表示具有分界縫的掩膜的俯視圖；以及

圖17表示一種可能的構(gòu)件的實(shí)施例的三維圖。

具體實(shí)施方式

按本發(fā)明方法的工藝步驟一般可如下所述。工藝準(zhǔn)備包括制造掩膜，在這里事先確定各掩膜的掩膜厚度。

本方法一開始在承載構(gòu)件上鋪設(shè)第一個(gè)掩膜，以及通過低溫氣體噴射用要噴射的材料進(jìn)行充填。接著從形成的現(xiàn)有涂層成果和掩膜上側(cè)去除多余的材料。然后鋪設(shè)下一個(gè)掩膜并再次通過低溫氣體噴射進(jìn)行充填。在這里，掩膜的厚度保證，能直接在鋪設(shè)后，在(承載構(gòu)件或先前沉積的材料)它們已清理干凈的表面上，能夠直至掩膜邊緣無(wú)空穴地(或無(wú)缺陷地)沉積一個(gè)噴射層。在重新去除多余的材料后可以檢驗(yàn)，掩膜孔是否已完全填滿。換句話說，應(yīng)確定在掩膜孔內(nèi)部噴射的表面在去除多余材料后是否處處均與掩膜表面平齊。這例如也可以通過光學(xué)自動(dòng)檢驗(yàn)法保證。如果不是這種情況，則可以在鋪設(shè)下一個(gè)掩膜前，實(shí)施另一次低溫氣體噴射以及銑削多余量。直至對(duì)涂層成果滿意，亦即掩膜孔已完全填滿，并在結(jié)構(gòu)尚未制成時(shí)，才鋪設(shè)下一個(gè)掩膜。在最后一個(gè)掩膜充填并去除多余的材料后，便可以對(duì)涂層成果是否最終制成的問題給予肯定的答復(fù)。

在圖1中可以看出，如何在承載構(gòu)件11上鋪設(shè)第一個(gè)掩膜12。它有掩膜孔13，在按圖1的工藝步驟中正在用材料14充填掩膜孔13。這通過沒有詳細(xì)說明的低溫氣體噴射法實(shí)現(xiàn)。在圖1中僅表示一個(gè)收斂-擴(kuò)散噴嘴15，它是圖中未表示的低溫氣體噴射設(shè)備的組成部分。噴嘴15將粒子射束16對(duì)準(zhǔn)承載構(gòu)件11，此時(shí)不僅掩膜12的掩膜孔13而且在掩膜孔13邊緣旁的掩膜12表面，均提供材料14的沉積涂層。

在圖2中可以看出，借助銑刀頭19去除按圖1多余的材料。為此銑刀頭19沿箭方向在表面18上運(yùn)動(dòng)，在圖2中還可以看出，掩膜孔13已完全用材料填滿。

在圖3中表示緊接的兩個(gè)工藝步驟。在第一個(gè)掩膜12上鋪設(shè)另一個(gè)掩膜12a，此掩膜12a的掩膜孔13與掩膜12的掩膜孔準(zhǔn)確對(duì)齊。借助噴嘴15再次沉積材料，直至重新完全填滿掩膜孔13。

在圖4中可以看出，多余的材料借助銑刀頭19再次除去(類似于圖2所示的工藝步驟)。

在圖5中可以看出，類似于圖3實(shí)施另外兩個(gè)工藝步驟，此時(shí)首先鋪設(shè)掩膜12b，它借助圖中未表示的噴嘴15充填材料14。現(xiàn)在銑刀頭19正在從掩膜12b表面18除去多余的材料14。此另一個(gè)掩膜12b的掩膜孔13與先前的兩個(gè)掩膜孔全等。

按圖6可以看出，材料14現(xiàn)在填滿全部三個(gè)掩膜孔13。這時(shí)構(gòu)件已制成，所以掩膜12、12a、12b可以按圖中表示的箭頭向上取走。這是能夠輕易做到的，因?yàn)椴牧?4有帶垂直側(cè)面的柱狀結(jié)構(gòu)(棱柱形)。

由圖7可以看出，在承載構(gòu)件11上留下作為涂層20的材料14。承載構(gòu)件11現(xiàn)在可以發(fā)揮其作用。作為示例在圖17中表示一種可能的承載構(gòu)件。它可以是鑄造符號(hào)用的模具。在這里承載構(gòu)件11可以將一個(gè)平面提供使用，在此平面上作為涂層20構(gòu)成要鑄造的符號(hào)。

在圖8至15中表示一種方法，按此方法得到的涂層成果是一個(gè)構(gòu)件21(參見圖15)。本方法與按圖1至7所示方法的工作過程基本相同，在這里僅再次詳細(xì)說明其不同點(diǎn)。

按圖8和圖9的工藝步驟類似于按圖1和圖2的工藝步驟進(jìn)行。

與圖3不同，按圖10鋪設(shè)另一個(gè)掩膜12d，它的掩膜孔13大于掩膜12的掩膜孔。由此在材料中形成一個(gè)側(cè)凹22，它在圖14和15中可以看得更清楚。按圖11去除材料類似于圖4進(jìn)行。

圖12與圖5的差別再次在于，配備另一個(gè)掩膜12e，它有比掩膜12d大的掩膜孔13。因此，在圖13中能看到的由材料14制成的涂層成果總體上有蘑菇的形狀。它使掩膜12、12d、12e難以取走。若它們有圖中沒有詳細(xì)表示的垂直于圖紙平面的分界縫，從而將它們?cè)O(shè)計(jì)為分成兩個(gè)部分(參見圖16)，則各半個(gè)掩膜可以按圖13沿所勾畫的兩個(gè)箭頭方向，平行于承載構(gòu)件11表面抽出。

然而，由材料14制成的涂層成果也可能有一種不允許側(cè)向抽出掩膜分部的幾何形狀。在這種情況下，在圖14中表示掩膜12、12d、12e如何也能在電化學(xué)槽25中溶解，此時(shí)在圖14中不再能看到掩膜，因?yàn)樗鼈円呀?jīng)被溶解。在隨后的、圖中沒有進(jìn)一步表示的步驟中，如此形成的構(gòu)件21例如可以通過電火花切割從承載構(gòu)件11取下，承載構(gòu)件11在本工藝方案中僅用作構(gòu)建平臺(tái)。制成的構(gòu)件21表示在側(cè)視圖15中。

圖16表示一個(gè)設(shè)計(jì)為分成兩個(gè)部分的掩膜12f。它例如能用于圖13所示的方法。掩膜12f有兩個(gè)可通過分界縫24分開的半掩膜23。在掩膜孔13中制造的構(gòu)件，即使位于上方的掩膜基于較大或超覆的掩膜孔從而在要制成的構(gòu)件內(nèi)構(gòu)成側(cè)凹時(shí)，也不妨礙除去掩膜。但前提條件是側(cè)凹不過大(亦即，從掩膜到掩膜的“側(cè)凹階躍”)，否則它導(dǎo)致材料沉積在造成側(cè)凹的掩膜上。也就是說，由此將掩膜粘附在涂層成果上，必須通過掩膜的拉脫力克服粘附。