Rechtsprechung / BPatG / 2022
BPatG Beschluss vom 06.12.2022 – 23 W (pat) 6/22
23. Senat · ECLI:DE:BPatG:2022:061222B23Wpat6.22.0
BUNDESPATENTGERICHT
_______________
(Aktenzeichen)
Verkündet am
6. Dezember 2022
…
B E S C H L U S S
In der Beschwerdesache
…
betreffend die Patentanmeldung 10 2019 218 336.0
hat der 23. Senat (Technischer Beschwerdesenat) des Bundespatentgerichts auf
die mündliche Verhandlung vom 6. Dezember 2022 unter Mitwirkung des Richters
Dr. Friedrich als Vorsitzenden sowie der Richter Dr. Zebisch, Dr. Nielsen und Dr.
Kapels beschlossen:
ECLI:DE:BPatG:2022:061222B23Wpat6.22.0
1.
Der Beschluss der Prüfungsstelle für Klasse H01L des Deutschen Patent- und Markenamts vom 24. März 2022 wird aufgehoben.
2.
Es wird ein Patent erteilt mit der Bezeichnung „Hochfrequenter Ultraschallwandler und Verfahren zur Herstellung” mit dem Anmeldetag 27.
November 2019 unter Inanspruchnahme der Priorität US 16/204,418
vom 29. November 2018 auf der Grundlage folgender Unterlagen:
- Patentansprüche 1 bis 20, übergeben in der mündlichen Verhandlung vom 6. Dezember 2022,
- Beschreibungsseiten 1 bis 11, übergeben in der mündlichen Verhandlung vom 6. Dezember 2022,
-
3 Blatt Zeichnungen mit Figuren 1 und 2A bis 2F vom 27. November 2019, eingegangen im Deutschen Patent- und Markenamt am
selben Tag.
G r ü n d e
I.
Die vorliegende Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2019 218 336.0 und
der Bezeichnung „Hochfrequenter Ultraschallwandler und Verfahren zur Herstellung“ wurde am 27. November 2019 unter
Inanspruchnahme der USamerikanischen Priorität US 16/204,418 vom 29. November 2018 beim Deutschen
Patent- und Markenamt in englischer Sprache angemeldet. Am Tag darauf wurde
eine deutsche Übersetzung der englischsprachigen Ansprüche und der englischsprachigen Beschreibung eingereicht. Gleichzeitig mit der Anmeldung wurde Prüfungsantrag nach § 44 PatG gestellt. Die deutschsprachige Übersetzung der ursprünglichen Unterlagen wurde am 4. Juni 2020 mit der DE 10 2019 218 336 A1
offengelegt.
Die Prüfungsstelle für Klasse H01L hat im Prüfungsverfahren auf den Stand der
Technik gemäß den folgenden Druckschriften verwiesen:
D1 US 2 754 238
und
D2 DE 19 57 429 A.
Sie hat in einem Prüfungsbescheid vom 18. Januar 2021 zunächst eine Reihe formaler Mängel gerügt und dann ausgeführt, dass der Gegenstand des Anspruchs 1
gegenüber den Lehren der Druckschriften D1 und D2 jeweils nicht neu und damit
nicht patentfähig sei (§ 3 i.V.m. § 1 Abs. 1 PatG). Auch die Merkmale der Unteransprüche 2 bis 9 könnten eine Patentfähigkeit nicht herstellen. Die Verfahren der
selbständigen Ansprüche 10 und 17 seien hingegen voraussichtlich neu und auch
erfinderisch. Eine Patenterteilung könne jedoch mit den zu diesem Zeitpunkt geltenden Unterlagen nicht in Aussicht gestellt werden, es müsse vielmehr mit einer Zurückweisung gerechnet werden.
Die Patentanmelderin hat am 24. Januar 2022 um eine Fristverlängerung bis zum
22. Februar 2022 gebeten, dann aber bereits am 27. Januar 2022 kommentarlos
einen neuen Satz Ansprüche und eine neue Beschreibung eingereicht. Daraufhin
hat die Prüfungsstelle die Anmeldung mit Beschluss vom 24. März 2022 zurückgewiesen, wobei der neu eingereichte Anspruchssatz als Hilfsantrag betrachtet wurde.
Zurückweisungsgrund war fehlende Patentfähigkeit mangels Neuheit der jeweiligen
Gegenstände der Ansprüche 1 (§ 3 i.V.m § 1 Abs. 1 PatG). Der begründete Beschluss wurde der Anmelderin am 30. März 2022 zugestellt.
Gegen diesen Beschluss hat die Anmelderin mit Schriftsatz vom 28. April 2022, am
selben Tag elektronisch im Deutschen Patent- und Markenamt eingegangen, Beschwerde eingelegt, neue Unterlagen eingereicht und ihre Beschwerde begründet.
Nach der Ladung zur mündlichen Verhandlung hat der Senat mit Schriftsatz vom 7.
Oktober 2022 die weitere Druckschrift
D3 US 3 131 460,
die in der Druckschrift D2 als Stand der Technik genannt ist, in das Verfahren eingeführt. Darauf hat die Anmelderin mit einem weiteren Schriftsatz vom 28. November, der auch weitere neue Unterlagen enthalten hat, zur Vorbereitung der mündlichen Verhandlung reagiert.
In der mündlichen Verhandlung am 6. Dezember 2022 hat die Anmelderin einen
neuen Satz Patentansprüche und eine an diesen angepasste Beschreibung eingereicht und beantragt:
1.
Den Beschluss der Prüfungsstelle für Klasse H01L des Deutschen Patent-
und Markenamts vom 24. März 2022 aufzuheben.
2.
Ein Patent zu erteilen mit der Bezeichnung “Hochfrequenter Ultraschallwandler und Verfahren zur Herstellung” mit dem Anmeldetag 27. November
2019 unter Inanspruchnahme der Priorität US 16/204,418 vom 29. November 2018 auf der Grundlage folgender Unterlagen:
- Patentansprüche 1 bis 20, übergeben in der mündlichen Verhandlung
vom 6. Dezember 2022,
- Beschreibungsseiten 1 bis 11, übergeben in der mündlichen Verhandlung vom 6. Dezember 2022,
- 3 Blatt Zeichnungen mit Figuren 1 und 2A bis 2F vom 27. November
2019, eingegangen im Deutschen Patent- und Markenamt am selben
Tag.
Der in der mündlichen Verhandlung am 6. Dezember 2022 eingereichte Anspruch
1 lautet mit bei unverändertem Wortlaut eingefügter Gliederung:
1. Ultraschallwandler, aufweisend:
1.1.
eine Verzögerungsleitung;
1.2
1.3
ein piezoelektrisches Element; und
eine zwischengeschaltete metallische leitfähige Schicht zwischen der
Verzögerungsleitung und dem piezoelektrischen Element,
1.3.1. wobei die Verzögerungsleitung und das piezoelektrische Element
durch eine atomare Diffusionsbindung verbunden sind, um das
Koppeln von Ultraschallwellen vom piezoelektrischen Element in
die Verzögerungsleitung oder von der Verzögerungsleitung in das
piezoelektrische Element zu ermöglichen,
dadurch gekennzeichnet, dass
1.3.2. die Verzögerungsleitung eine Glätte der Verbindungsoberfläche
von weniger als 1 nm rms aufweist.
Dabei wurde der offensichtlich falsche Punkt hinter dem Wort „gekennzeichnet“
durch ein Komma ersetzt.
Neben diesem auf einen Ultraschallwandler gerichteten Anspruch hat die Anmelderin zwei selbständige Verfahrensansprüche 11 und 19 eingereicht, die die Herstellung eines Ultraschallwandlers betreffen. Sie lauten mit bei unverändertem Wortlaut
eingefügter Gliederung:
11. Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallwandlers, wobei das Verfahren
die folgenden Schritte aufweist:
11.1. Bereitstellen eines Verzögerungsleitungssubstrats;
11.2. Bereitstellen eines piezoelektrischen Substratmaterials als Wandlerelement;
11.3. Abscheiden einer ersten metallischen leitfähigen Schicht auf dem
Substratmaterial der Verzögerungsleitung;
11.4. Abscheiden einer zweiten metallischen leitfähigen Schicht auf dem
piezoelektrischen Substratmaterial; und
11.5. Bilden einer atomaren Diffusionsbindung zwischen der ersten metallischen leitfähigen Schicht und der zweiten metallischen leitfähigen
Schicht bei Raumtemperatur.
19. Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallwandlers, wobei das Verfahren
die folgenden Schritte aufweist:
19.1. Bereitstellen eines Verzögerungsleitungssubstrats;
19.2. Bereitstellen eines piezoelektrischen Substratmaterials als Wandlerelement;
19.3. Abscheiden einer ersten metallischen leitfähigen Schicht auf dem Verzögerungsleitungssubstrat oder dem piezoelektrischen Substratmaterial;
19.4. Bilden einer atomaren Diffusionsbindung zwischen der metallischen
leitfähigen Schicht und dem anderen der beiden Substrate, dem Verzögerungsleitungssubstrat und dem piezoelektrischen Substrat, auf
dem die metallische leitfähige Schicht nicht abgeschieden ist; und
19.5. strukturiertes Entfernen eines Teils des piezoelektrischen Substrats,
um die metallische leitfähige Schicht freizulegen, um einen elektrischen Kontakt zu ermöglichen.
Hinsichtlich der weiteren Einzelheiten und Unterlagen, insbesondere des Wortlauts
der Unteransprüche 2 bis 10, 12 bis 18 und 20 wird auf den Akteninhalt verwiesen.
II.
Die form- und fristgerecht erhobene Beschwerde der Anmelderin ist zulässig und
erweist sich hinsichtlich des in der mündlichen Verhandlung am 6. Dezember 2022
eingereichten Anspruchssatzes auch als begründet, so dass der Beschluss der Prüfungsstelle für Klasse H01L aufzuheben und ein Patent zu erteilen ist, denn die in
der mündlichen Verhandlung eingereichten Ansprüche sind zulässig (§ 38 PatG),
und die mit ihnen beanspruchten Gegenstände und Verfahren sind auch patentfähig
(§ 1 Abs. 1 PatG), da sowohl der beanspruchte, gewerblich anwendbare (§ 5 PatG)
Ultraschallwandler nach Anspruch 1 als auch die gewerblich anwendbaren (§ 5
PatG) Herstellungsverfahren nach den Ansprüchen 11 und 19 gegenüber dem im
1. Die Erfindung bezieht sich auf den Bereich der Wandler für Ultraschallgeräte.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Hochfrequenzwandler und ein
Herstellungsverfahren für einen solchen.
1.1. Gemäß der geltenden Beschreibung erfordere die Ultraschallprüfung von Materialien einen Ultraschallwandler, der eine Ultraschall-Reizwelle in ein Prüfmaterial
einleite und transmittierte oder reflektierte Ultraschallwellen erfasse und analysiere.
Die Ultraschall-Reizwellen könnten entweder Druck- oder Scherwellen sein. In einigen Anwendungen könnten zwei Ultraschallwandler verwendet werden, wobei ein
Wandler die Reizwelle einleite und ein zweiter Wandler reflektierte oder übertragene
Wellen erfasse. Alternativ könne ein einzelner Wandler verwendet werden, um sowohl die Stimuluswelle einzuführen als auch reflektierte Wellen zu erfassen. Es sei
auch üblich, dass solche Wandler eine akustische Verzögerungsleitung verwendeten, um eine vorgegebene Zeitverzögerung zwischen der Reizwelle und der oder
den reflektierten Wellen einzuführen.
Die Reizwelle könne eine Hochenergiewelle sein, während die reflektierte Welle im
Vergleich zu dieser Reizwelle aufgrund einer Reihe von Energieverlustmechanismen wie Teilreflexionen von mehreren Oberflächen, Streuung und Absorption abgeschwächt werde. Die Notwendigkeit, die reflektierte Welle genau zu messen, erfordere einen empfindlichen Empfänger mit einem hohen Signal-Rausch-Verhältnis.
Somit könne das Reizsignal die empfindliche Empfängerelektronik leicht sättigen,
und es sei eine Verzögerung zwischen dem Reiz und den reflektierten Wellen erforderlich, um eine
ausreichende Wiederherstellung
der Empfängerelektronik zu ermöglichen.
Die hier wiedergegebene Fig.1 der
Anmeldung ist ein Querschnitt eines
repräsentativen Verzögerungsstreckenwandlers. Die Verzögerungsleitung 10 ist akustisch mit einem Ultraschall-Stimulationswellengenerator, wie beispielsweise einem piezoelektrischen Element 12, gekoppelt. Leitfähige
Elektroden 16 und 18 stellen ein Mittel zum Anlegen einer Reizspannung zum Anregen des piezoelektrischen Materials dar. Der elektrische Kontakt zu diesen Elektroden erfolgt über einen elektrischen Leiter, wie beispielsweise einen Draht 20, und
ein Mittel zum Herstellen eines elektrischen Kontakts von der leitfähigen Elektrode
16 zu einem elektrisch leitfähigen Gehäuse 24. Ein solches Mittel kann beispielsweise ein Ring aus elektrisch leitfähigem Epoxidharz 22 sein. Der externe elektrische Anschluss erfolgt über einen geeigneten Konnektor 26, der am Gehäuse 24
montiert ist, mit einem geeigneten Reizwellen-Signalgenerator und einer Ultraschallwellendetektionselektronik für reflektierte oder übertragene Ultraschallwellen.
Eine Trägerschicht 28 wird verwendet, um sowohl die Dämpfung des schwingenden
piezoelektrischen Materials als auch die rückwärts gerichtete Welle zu streuen und
zu absorbieren. Eine solche, richtig gewählte Dämpfungsschicht kann zu einem
Wandler mit kurzem Zeitverhalten und hoher Bandbreite führen, was zu einem
hochauflösenden Gerät führt. Solche Wandler eignen sich besonders für die zerstörungsfreie Prüfung und die Schichtdickenmessung. Die Verzögerungsleitung 10
wird typischerweise aus einer ausreichenden Dicke eines festen Materials (basierend auf einer Schallgeschwindigkeit des festen Materials) wie beispielsweise verschiedenen Gläsern oder Kunststoffen hergestellt.
Ein Beispiel für einen Wandler könne in der US 5 777 230 A gefunden werden. Sie
offenbare einen Ultraschallwandler mit einer Verzögerungsleitung, die akustisch mit
dem Wandler gekoppelt sei, so dass Ultraschallschwingungen in die Verzögerungsleitung vom Wandler in eine erste Richtung übertragen werden können. Die Verzögerungsleitung beinhalte einen ersten und zweiten Abschnitt, der eine Schnittstelle
bilde, die im Wesentlichen senkrecht zur ersten Richtung verlaufe; und der zweite
Abschnitt beinhalte eine Oberfläche zur Kopplung mit einem zu untersuchenden
Material. Dieses grundlegende Design sei in der Technik bekannt, könne aber nicht
vermitteln, wie man Wandler mit zuverlässiger Konsistenz und in angemessenen
Volumina zuverlässig herstellt.
Die US 4 123 731 A offenbare ein zur Verwendung in Ultraschallverzögerungsleitungen geeignetes Glas, das die Gewichtskomponenten SiO2 42 bis 27%, PbO 71
bis 52% umfasse und vorzugsweise K2O und/oder Na2O enthalte. Die Kopplung der
akustischen Energie vom piezoelektrischen Element 12 mit dieser Verzögerungsleitung 10 sei entscheidend für die Aufrechterhaltung der Leistungsempfindlichkeit
des Wandlers zur Erkennung von Ultraschallwellen mit niedriger Amplitude. Bei Niederfrequenzwandlern könne die Kopplung einfach durch einen Druckkontakt zwischen dem Wandler und der Verzögerungsleitung erfolgen. Um diese Kopplung zu
verbessern und jegliche Oberflächenungleichförmigkeit zwischen Wandler und Verzögerungsleitung zu mildem, könne ein Fluid wie Wasser oder Glycerin als Intermediär verwendet werden.
Die US 4 544 859 A offenbare einen mechanisch gefertigten, nicht geklebten Ultraschallwandler, der ein Substrat, einen piezoelektrischen Film, ein Netzmittel, eine
dünne Metallelektrode und eine Linse enthalte, die von einer mechanischen
Klemme in engem Kontakt gehalten werde. Bei der Montage des Gerätes werde
kein Epoxid oder Klebstoff verwendet. Mit zunehmender Frequenz und abnehmender Wellenlänge reichten solche Mittel jedoch nicht aus, um eine Hochleistungskopplung zu erreichen. Häufig werde in diesem Fall ein dünner Klebstoff 14 verwendet, um den Wandler strukturell mit der Verzögerungsleitung zu verbinden.
Obwohl diese Methode weit verbreitet sei, habe sie eine Vielzahl von Problemen.
Erstens sei der Klebstoff typischerweise ein weicheres Material (geringere akustische Impedanz) als entweder der Wandler oder die Verzögerungsleitung, was sowohl die Empfindlichkeit als auch die Bandbreitenleistung des Wandlers verringere.
Bei hohen Frequenzen werde die Notwendigkeit einer dünnen Verbindungsschicht
deutlich, um diesen Effekt abzuschwächen. Es sei schwierig, die Dicke und Gleichmäßigkeit einer dünnen Klebeschicht zu kontrollieren, die aufgrund von Problemen
mit der Oberflächenhaftung und Beanspruchung durch thermische Dehnungsinkongruenz zwischen der Verzögerungsleitung und den piezoelektrischen Wandlermaterialien unter einer Reihe von mechanischen Ausfällen leiden könne. Dies könne
zu einer Trennung der Verzögerungsleitung vom Wandler führen, was zu einer starken Verschlechterung der Wandlerleistung führe, oft bis zu dem Punkt, an dem der
Wandler nicht mehr verwendbar sei. Daher sei für leistungsstarke, hochfrequente
und zuverlässige Wandler ein besseres Mittel zur Verbindung der Verzögerungsleitung mit dem Wandler erforderlich.
In der derzeitigen Technik würden Hochfrequenzwandler aufgrund der Art der verwendeten Verfahren und Materialien typischerweise in kleinen Stückzahlen, oft als
Einzelgeräte, hergestellt. Eine solche Herstellung sei, obwohl funktionale Vorrichtungen bereitgestellt würden, aus Sicht der Konsistenz und der Kosten suboptimal.
Wenn solche Vorrichtungen mit Hilfe von Wafer-Level-Prozessen hergestellt werden könnten, ergäben sich daraus ähnliche Konsistenz- und Kostenvorteile, wie bei
den Ansätzen in der Halbleiter- oder MEMS-Industrie. Aktuelle Wafer-Level-Bonding-Prozesse seien zwar in der Halbleiter- oder MEMS-Industrie sehr erfolgreich,
eigneten sich aber nicht gut für die Verbindung einer Verzögerungsleitung mit einem
piezoelektrischen Wandler.
Klebe- oder Polymer-Verbindungen auf Wafer-Ebene könnten eingesetzt werden,
aber dieser Ansatz habe die gleichen Probleme wie zuvor beschrieben. Andere
Wafer-Level-Bonding-Techniken wie anodisches, metallisches Diffusions-\Thermokompressions- oder eutektisch legiertes Verbinden erforderten die Anwendung von
hohen Temperaturen und hohen Drücken. Während dies für einige Anwendungen
akzeptabel sei, schließe die Verwendung von Glasverzögerungsleitungen mit piezoelektrischen Materialien für Ultraschallwandler die Verwendung von Hochtemperatur aufgrund der hohen Belastung aus, die sich aus den unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) in den Materialien ergeben würde (vgl. S. 1, Z.
4 bis S. 4, Z. 16 der geltenden Beschreibung).
1.2. Hiervon ausgehend, liegt der Anmeldung als technisches Problem die Aufgabe
zugrunde, eine verbesserte Verbindung einer Verzögerungsleitung mit einem piezoelektrischen Wandler und verbesserte Wafer-Level-Prozesse zur Herstellung von
Ultraschallwandlern in größeren Mengen anzugeben (vgl. S. 4, Z. 19 bis 21 der geltenden Beschreibung).
Diese Aufgabe wird durch den Ultraschallwandler des geltenden Anspruchs 1 und
die beiden Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallwandlers nach den Ansprüchen 11 und 19 gelöst.
1.3. Der mit dem geltenden Anspruch 1 beanspruchte Ultraschallwandler weist zwei
wesentliche Bestandteile auf, nämlich ein piezoelektrisches Element, das folglich
die Ultraschallwellen erzeugt und eine Verzögerungsleitung. Zwischen diesen beiden Bestandteilen befindet sich eine metallische leitfähige Schicht. Der Anspruch
schließt dabei nicht aus, dass sich zwischen den beiden Bestandteilen weitere Bestandteile befinden, insbesondere, dass sich zwischen den beiden Bestandteilen
mehrere metallische Schichten befinden.
Wesentlich ist weiter, dass das piezoelektrische Element und die Verzögerungsleitung durch eine atomare Diffusionsbindung verbunden sind. Unter einer atomaren
Diffusionsbindung versteht der Fachmann eine Bindung, die dadurch entsteht, dass
Atome eines Materials auf Grund von Diffusionsprozessen im Festkörper bei einem
Kontakt mit einem anderen Körper desselben oder auch eines anderen Materials so
verlagert werden, dass ein einheitlicher Körper entsteht. Dies ist ein immer vorhandener Prozess, der gemäß der Arrheniusgleichung exponentiell mit der Temperatur
an Intensität zunimmt. Dabei darf jedoch die Temperatur nicht so hoch sein, dass
das Material schmilzt oder auch nur oberflächlich anschmilzt, was bereits kurz unterhalb der für das Material charakteristischen Schmelztemperatur geschieht.
In ihrer Beschreibung gibt die Anmeldung auf Seite 4, Zeilen 9 bis 12 anodisches,
metallisches Diffusions-, Thermokompressions- oder eutektisch legiertes Verbinden
als Verbindungsmöglichkeiten an, die wohl einen Gegensatz zur beanspruchten
atomaren Diffusionsbindung darstellen sollen, was sie jedoch teilweise nicht sind,
denn zumindest ein metallisches Diffusionsverbinden ist, auf Metalle beschränkt,
ein atomares Diffusionsverbinden. Dies wird umso klarer, wenn auf das eigentliche
Problem eingegangen wird, nämlich, dass hierfür hohe Temperaturen und Drücke
eingesetzt werden müssen, die insbesondere zur Schädigung von Glasverzögerungsleitungen führen können. Die Höhe der Temperatur ist aber u.a. vom verwendeten Material, in dem die Diffusion stattfinden soll, abhängig. In der Folge gibt es
Materialien, deren Schmelzpunkt so niedrig ist, dass selbst am Schmelzpunkt noch
keine Schädigung des Materials der Verzögerungsleitung auftritt.
Ein weiteres wesentliches Merkmal des mit Anspruch 1 beanspruchten Ultraschallwandlers besteht darin, dass die Verzögerungsleitung nahezu atomar glatt ist, nämlich eine Rauigkeit von weniger als 1 nm rms (root mean square) aufweist. Dies ist
unter anderem eine Voraussetzung dafür, dass die Ultraschallwandler mit verfügbaren Mitteln im Waferverbund hergestellt werden können (vgl. S. 7, Z. 10 bis 14
der geltenden Beschreibung).
Bei den Herstellungsverfahren der selbständigen Ansprüche 11 und 19 wird nicht
beansprucht, dass mehrere Ultraschallwandler in einem Verbund gleichzeitig hergestellt werden, obwohl die Beschreibung ein dahingehendes Verfahren offenbart
(vgl. S. 9, Z. 24 bis 27 der Beschreibung und Fig. 2F). Bei beiden Verfahren werden
zunächst ein Verzögerungsleitungssubstrat und ein piezoelektrisches Substrat bereitgestellt. Dann werden metallische leitfähige Schichten abgeschieden, im Falle
des Verfahrens nach Anspruch 11 auf sowohl dem Substratmaterial der Verzögerungsleitung als auch auf dem piezoelektrischen Substratmaterial, im Falle des Verfahrens nach Anspruch 19 nur auf einem von beiden.
In einem nächsten Schritt erfolgt die atomare Diffusionsbindung. Wesentlich für das
Verfahren nach Anspruch 11 ist dabei, dass diese atomare Diffusionsbindung bei
Raumtemperatur, also etwa 293 K bzw. 20°C erfolgt. Anspruch 19 macht hingegen
keine Angaben über die Temperatur, bei der die Diffusionsbindung erfolgt.
Beim Verfahren nach Anspruch 19 erfolgt jedoch ein weiterer Verfahrensschritt, der
für Prozesse auf Waferbasis typisch ist.
So wird ein Teil des piezoelektrischen
Substrats in Form einer vorbestimmten
Struktur wieder entfernt, so dass dann
die metallische leitfähige Schicht freiliegt
und es möglich
ist, diese Schicht
elektrisch zu kontaktieren, so dass in der
Folge das piezoelektrische Material (40) von beiden Seiten elektrisch mittels leitfähiger Schichten (60, 62) kontaktiert und zur Aussendung von Ultraschallwellen angeregt werden kann, obwohl sich die Kontakte auf einer Seite des Ultraschallwandlers befinden (siehe die hier wiedergegebene Fig. 2F der Anmeldung).
2. Die mit den geltenden Ansprüchen beanspruchten Gegenstände und Verfahren
sind ursprünglich offenbart (§ 38 PatG), so dass die Ansprüche zulässig sind.
2.1. So geht der geltende Anspruch 1 aus der Übersetzung des ursprünglichen Anspruchs 1 hervor, indem in ihn das weitere Merkmal 1.3.2. als Kennzeichen aufgenommen wurde. Dieses Merkmal, dass die Verzögerungsleitung eine Glätte der
Verbindungsoberfläche von weniger als 1 nm rms aufweist, ist den Zeilen 12 bis 14
auf Seite 7 der Übersetzung der ursprünglichen Beschreibung zu entnehmen. Der
Gegenstand des Anspruchs 1 ist somit ursprünglich offenbart, weshalb Anspruch 1
zulässig ist.
2.2. Der selbständige Anspruch 11 basiert auf dem ursprünglichen Anspruch 10, bei
dem der zweite Teil, die Musterentfernung eines Abschnitts des piezoelektrischen
Substratmaterials und die Herstellung einer strukturierten Elektrode weggelassen
wurde. Das Weglassen dieser Schritte dürfte zulässig sein, da auch Anspruch 1 die
Kontaktelektroden nicht thematisiert, so dass der Fachmann, ein berufserfahrener
Physiker oder ein Ingenieur der Fachrichtung Elektrotechnik mit Hochschul- oder
Fachhochschulabschluss, der mit der Entwicklung und Verbesserung von Verfahren
für die Herstellung von Ultraschallwandlern betraut ist, verstehen wird, dass das
Wesentliche der Anmeldung zumindest auch in der besonderen Art der Herstellung
der Verbindung von piezoelektrischem Element und Verzögerungsleitung besteht.
Das zusätzlich im Merkmal 11.5 eingefügte Teilmerkmal, dass das Bilden einer atomaren Diffusionsbindung zwischen der ersten metallischen leitfähigen Schicht und
der zweiten metallischen leitfähigen Schicht bei Raumtemperatur erfolgt, kann Seite
8, Zeilen 20 bis 27 der Übersetzung der ursprünglichen Unterlagen entnommen
werden. Damit ist auch das Verfahren des Anspruchs 11 ursprünglich offenbart und
damit zulässig.
2.3. Der zweite selbständige Verfahrensanspruch 19 geht auf den ursprünglichen
Anspruch 17 zurück. Auch hier wurden die letzten beiden, die Elektroden betreffenden Merkmale weggelassen. Dies ist auch hier zulässig, denn Anspruch 1 gibt, wie
bereits ausgeführt, keine Elektroden als Bestandteile des Ultraschallwandlers an.
Für den Fachmann bedeutet dies, dass die Elektroden für die Erfindung nicht wesentlich sind, weshalb auch ihre Herstellung im beanspruchten Verfahren weggelassen werden kann. Damit ist auch das Verfahren des Anspruchs 19 ursprünglich
offenbart und damit zulässig.
2.4. Die Unteransprüche 2 bis 9 gehen aus den ursprünglichen Ansprüchen 2 bis 9
hervor. Der Unteranspruch 10 geht auf den mit Fig. 2D der ursprünglichen Unterlagen gezeigten Zwischenschritt des beschriebenen Herstellungsverfahrens für einen
Ultraschallwandler hervor. Da dieses Halbzeug auch bereits als Ultraschallwandler
bezeichnet werden kann, ist in der Folge auch der Gegenstand des Anspruchs 10
ursprünglich offenbart.
Anspruch 12 enthält die nicht mehr im Anspruch 11 enthaltenen Schritte des ursprünglichen Anspruchs 10, so dass das so entstehende Gesamtverfahren ursprünglich offenbart ist.
Die Ansprüche 13 bis 18 gehen auf die ursprünglichen Ansprüche 11 bis 16 zurück,
so dass auch die mit ihnen beanspruchten Verfahren ursprünglich offenbart sind.
Der Unteranspruch 20 enthält die nicht mehr im Anspruch 19 enthaltenen Schritte
des ursprünglichen Anspruchs 17, so dass auch das mit ihm beanspruchte Verfahren ursprünglich offenbart ist.
Damit sind auch die Unteransprüche zulässig.
3. Die Lehren der Ansprüche sind für den Fachmann auch ausführbar (§ 34 Abs. 4
PatG). So werden die Ultraschallwandler und ihre Herstellungsverfahren, soweit die
Ansprüche nicht selbsterklärend sind, für den Fachmann nacharbeitbar in der Beschreibung mit der Zeichnung erläutert.
4. Der gewerblich anwendbare (§ 5 PatG) Gegenstand nach Anspruch 1 und die
gewerblich anwendbaren Verfahren der geltenden Anspruche 11 und 19 sind neu
dass sie patentfähig sind (§ 1 Abs. 1 PatG).
4.1. Druckschrift D1 (US 2 754 238) offenbart in der hier wiedergegebenen einzigen
Figur in Übereinstimmung mit dem Wortlaut des Anspruchs einen
1. Ultraschallwandler (vgl. Sp. 1, Z. 34 bis 39: „In forming ultrasonic delay lines for
electronic applications where it is desired to delay a signal for a short period of
time, it is necessary to bond together elements of the delay line, such as a piezoelectric transducer and the transmission bar, or to join two delay elements
together of the same or different character.”), aufweisend:
1.1. eine Verzögerungsleitung (rod or bar 14);
1.2. ein piezoelektrisches Element (piezoelectric crystal 13); und
1.3 eine zwischengeschaltete metallische leitfähige Schicht (bond 23) zwischen der
Verzögerungsleitung (14) und dem piezoelektrischen Element (13, Vgl. Sp. 2, Z
40 bis 54: „In the drawing, the driver circuit 10 is connected to faces 11 and 12
of a piezoelectric crystal 13. Piezoelectric
crystal 13 is mounted at one end 15 of a
rod or bar 14 of transmission material, and
a second piezoelectric crystal 19 is located
at the other end 16 of bar 14. The two
faces 17 and 18 of crystal 19 are connected to a receiver circuit 20. An input
connection 21 to driver circuit 10 provides means for applying a signal to be
delayed to circuit 10 and an output connection 22 from receiver 20 provides the
delayed signal. Connections 21 and 22 may be connected in any circuit where
a signal is to be delayed. Piezoelectric crystals 13 and 19 are mounted on transmission bar 14 by means of bonds 23 and 24, respectively, that are shown of
exaggerated thickness for illustration and that are formed in the following manner.”)
1.3.1. wobei die Verzögerungsleitung (14) und das piezoelektrische Element (13)
durch eine atomare Diffusionsbindung verbunden sind, um das Koppeln von
Ultraschallwellen vom piezoelektrischen Element in die Verzögerungsleitung oder von der Verzögerungsleitung in das piezoelektrische Element zu ermöglichen (vgl. Sp. 2, Z. 55 bis Sp. 3, Z. 10: „The surfaces to be bonded, for example
crystal surface 12 and bar surface 15, are thoroughly cleaned and placed in a
vacuum chamber. Pure indium or one of its alloys is placed on a tungsten filament or boat that is then heated electrically to evaporate the metal. After thin
opaque coat is deposited that has a matte finish, the vacuum is broken. The rate
of evaporation should not be so great that balls of molten indium are projected
on the glass surfaces. The surfaces are placed in opposition without being allowed to touch any grease or dirt in a dust-free room. No flux is used. It would
be an advantage to perform all assembly operations in a vacuum, but no absolute necessity for this has been found. Pressure of about 1200 lbs./in. is applied
in a vise that can maintain a constant pressure over a range of temperature.
The load may be applied slowly or in such a manner that no air is trapped between the surfaces if the bond is to be set in air. The assembled pieces are
placed in an oven and maintained at a constant temperature and pressure for
12-24 hours to form the final bond 23. Temperatures below 125° C. should be
used with pure indium as this metal oxidizes rapidly above this point. Below 95
° C. the bonding action is so slow that it is impractical. The optimum temperature
will vary with the alloy. […] The metal or alloy used is soft and has an appreciable rate of self diffusion and adhesion.”).
Nicht offenbart ist jedoch das Merkmal 1.3.2. des Anspruchs 1, dass die Verzögerungsleitung eine Glätte der Verbindungsoberfläche von weniger als 1 nm rms aufweist.
Zwar ist dem Fachmann, wie auch die Anmeldung auf Seite 7, Zeilen 10 bis 14
angibt, bekannt, Substratmaterialen mit einer solchen Glätte der Verbindungsoberflächen herzustellen, doch wird er ausgehend von Druckschrift D1 den Aufwand des
Polierens eines Verzögerungsleitungssubstrats auf eine solche Glätte nicht betreiben, denn Druckschrift D1 verwendet ausschließlich weiche Metalle zur Verbindung
der Verzögerungsleitung mit dem piezoelektrischen Element (vgl. Sp. 3, Z. 9 bis 10:
„The metal or alloy used is soft and has an appreciable rate of self diffusion and
adhesion.“). Mit diesen ist eine solche Glattheit der Oberflächen nicht notwendig, da
das die beiden Teile verbindende Metall bereits bei mäßiger Druckausübung eine
vorhandene Rauheit ausgleicht. Der Fachmann kommt somit ausgehend von Druckschrift D1 nicht in naheliegender Weise zum Gegenstand des Anspruchs 1, obwohl
ihm Substrate mit der beanspruchten Glattheit der Oberflächen bekannt sind.
Auch Druckschrift D3 (US 3 131 460) offenbart in Übereinstimmung mit dem Wortlaut des Anspruchs 1 einen
1. Ultraschallwandler (vgl. Sp. 1, Z. 15 bis 22: „Solid delay lines require at least
one, and usually more, piezoelectric crystals secured thereto to convert energy
of one form to energy of another. As will be hereinafter used, the term “crystal”
denotes either a quartz or piezoelectric ceramic blank before it has been bonded
to another body. Such a blank is capable of oscillating, at a given frequency
determined by its cut and thickness, under an applied alternating voltage.“), aufweisend:
1.1 eine Verzögerungsleitung (delay line 16, siehe die hier wiedergegebene Fig. 1
und vgl. Sp. 3, Z. 26 bis 28: „Next, a layer of aluminum, having a thickness of
about 1000 Angstrom units may be deposited first on facet 14 of delay line 16.”);
1.2 ein piezoelektrisches Element (crystal 12, vgl. Sp. 2, Z. 61 bis 66: „FIG. 1 is an
exploded view, in side elevation, diagrammatically depicting a piezoelectric
crystal, which may be either of quartz or of a ceramic material such as barium
titanate, and its respective coatings according to one embodiment of the invention arranged to be mated with a coated facet of a solid delay line.”) und
1.3 eine zwischengeschaltete metallische leitfähige Schicht (siehe Fig. 1: „aluminum nickel gold indium nickel aluminum“) zwischen der Verzögerungsleitung
(16) und dem piezoelektrischen Element (12),
1.3.1 wobei die Verzögerungsleitung und das piezoelektrische Element durch eine
atomare Diffusionsbindung verbunden sind, um das Koppeln von Ultraschallwellen vom piezoelektrischen Element in die Verzögerungsleitung oder von der
Verzögerungsleitung in das piezoelektrische Element zu ermöglichen (vgl. Sp.
3, Z. 33 bis 50: „The delay line and the crystal surfaces are now ready for mating.
The mating operation consists of placing the gold surface of crystal 12 in intimate contact with the indium surface on the facet 14 of delay line 16. At this
point, it should be mentioned that if the indium coated surface has been exposed
to the air for any appreciable length of time the surface should be burnished with
clean nylon parachute cloth. This operation merely consists of lightly rubbing
indium surface with nylon parachute cloth wrapped around a finger. After the
burnishing operation, if such is necessary, the gold-indium surfaces are pressed
together at a pressure of approximately 250 pounds per square inch in a vacuum of at least one millimeter of mercury. The delay line-crystal assembly is
maintained in this condition at a temperature ranging from about 125° C. to 150°
C. for approximately 16 hours, after which the pressure may be removed.“).
Doch auch hier macht die Druckschrift keine Angaben über die Glattheit der Verbindungsoberfläche der Verzögerungsleitung und auch gemäß Druckschrift D3 wird
immer Indium, also ein weiches Metall, zur Verbindung der beiden Bestandteile verwendet (vgl. die Ansprüche 1 bis 10: „…disposing said gold layer adjacent said indium layer …“). Damit kommt der Fachmann auch ausgehend von Druckschrift D3
aus den zu Druckschrift D1 ausgeführten Gründen nicht in naheliegender Weise
zum Gegenstand des Anspruchs 1 der vorliegenden Anmeldung.
Druckschrift D2 (DE 19 57 429 A) ist nur insoweit von Relevanz für den beanspruchten Gegenstand des Anspruchs 1 als dort der in Druckschrift D3 offenbarte Stand
der Technik beschrieben wird. Sie geht damit nicht über Druckschrift D3 hinaus.
4.2. Mit Anspruch 11 wird ein Verfahren beansprucht, das in seinen Merkmalen 11.
bis 11.4. auch der Herstellung der Ultraschallwandler aus den Druckschriften D1
und D3 zugrunde liegt. Jedoch wird im Merkmal 11.5. beansprucht, dass das Bilden
einer atomaren Diffusionsbindung zwischen der ersten metallischen leitfähigen
Schicht und der zweiten metallischen leitfähigen Schicht bei Raumtemperatur erfolgt. Sowohl in Druckschrift D1 als auch in Druckschrift D3 erfolgt aber das Diffusionsbinden bei einer gegenüber der Raumtemperatur erhöhten Temperatur, im Falle
der Druckschrift D1 bei mindestens 95 °C (vgl. Sp. 3, Z. 2 bis 8: „Temperatures
below 125° C. should be used with pure indium as this metal oxidizes rapidly above
this point. Below 95 ° C. the bonding action is so slow that it is impractical. The
optimum temperature will vary with the alloy. If tests show the bond is poor, it can
sometimes be improved by recycling at a higher temperature and pressure.”), im
Fall der Druckschrift D3 bei 125 bis 150°C (vgl. die Ansprüche: “…and thereafter
heating the assembly so formed to a temperature ranging from about 125 ° C. to
150° C. while applying a pressure of approximately 250 pounds per square inch to
said assembly to bond said crystal to said delay line.”). Ausgehend von diesen
Druckschriften besteht somit für den Fachmann kein Anlass das Diffusionsbinden
bei einer niedrigeren Temperatur vorzunehmen, da dies nur die Dauer des Vorgangs nach der Arrheniusgleichung deutlich verlängert.
4.3. Wie bereits die Prüfungsstelle mitgeteilt hat, gibt es keinen Hinweis auf den im
Merkmal 19.5. des nebengeordneten Anspruchs 19 beanspruchten Schritt des
strukturierten Entfernens eines Teils des piezoelektrischen Substrats. Die in den
Druckschriften D1 und D3 offenbarten Ultraschallwandler eignen sich auch für eine
Herstellung im Waferverbund nicht, weshalb auch eine Entfernung eines Teils eines
Substrats, wie sie bei einer Herstellung im Waferverbund naheliegenderweise auftreten kann, ausgehend von diesen Druckschriften nicht naheliegt.
5. An die selbständigen Patentansprüche 1, 11 und 19 können sich die Unteransprüche 2 bis 10, 12 bis 18 und 20 anschließen, da sie vorteilhafte Weiterbildungen
des beanspruchten Ultraschallwandlers bzw. der beanspruchten Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallwandlers angeben, die nicht platt selbstverständlich sind.
6. In der in der mündlichen Verhandlung vom 6. Dezember 2022 an den eingereichten Anspruchssatz angepassten Beschreibung ist der Stand der Technik, von dem
die Erfindung ausgeht, angegeben und die Erfindung mit den am 27. November
2019 im Deutschen Patent- und Markenamt eingegangenen Zeichnungen ausreichend erläutert.
7. Bei dieser Sachlage war der angefochtene Beschluss der Prüfungsstelle für
Klasse H01L des Deutschen Patent- und Markenamts vom 24. März 2022 aufzuheben und das Patent wie beantragt zu erteilen.
III. Rechtsmittelbelehrung
Gegen diesen Beschluss steht der Anmelderin das Rechtsmittel der Rechtsbeschwerde zu. Da der Senat die Rechtsbeschwerde nicht zugelassen hat, ist sie nur
statthaft, wenn einer der nachfolgenden Verfahrensmängel gerügt wird, nämlich
1. dass das beschließende Gericht nicht vorschriftsmäßig besetzt war,
2. dass bei dem Beschluss ein Richter mitgewirkt hat, der von der Ausübung des Richteramtes kraft Gesetzes ausgeschlossen oder wegen Besorgnis der Befangenheit mit Erfolg abgelehnt war,
3. dass einem Beteiligten das rechtliche Gehör versagt war,
4. dass ein Beteiligter im Verfahren nicht nach Vorschrift des Gesetzes
vertreten war, sofern er nicht der Führung des Verfahrens ausdrücklich oder stillschweigend zugestimmt hat,
5. dass der Beschluss aufgrund einer mündlichen Verhandlung ergangen ist, bei der die Vorschriften über die Öffentlichkeit des Verfahrens verletzt worden sind, oder
6. dass der Beschluss nicht mit Gründen versehen ist.
Die Rechtsbeschwerde ist innerhalb eines Monats nach Zustellung des Beschlusses
schriftlich durch einen beim Bundesgerichtshof zugelassenen Rechtsanwalt als Bevollmächtigten beim Bundesgerichtshof, Herrenstr. 45 a, 76133 Karlsruhe, einzureichen oder
durch einen beim Bundesgerichtshof zugelassenen Rechtsanwalt als Bevollmächtigten in elektronischer Form. Zur Entgegennahme elektronischer Dokumente ist die
elektronische Poststelle des Bundesgerichtshofs bestimmt. Die elektronische Poststelle des Bundesgerichtshofs ist über die auf der Internetseite www.bundesgerichtshof.de/erv.html bezeichneten Kommunikationswege erreichbar. Die Einreichung erfolgt durch die Übertragung des elektronischen Dokuments in die elektronische Poststelle. Elektronische Dokumente sind mit einer qualifizierten elektronischen Signatur oder mit einer fortgeschrittenen elektronischen Signatur zu versehen.
Dr. Friedrich
Dr. Zebisch
Dr. Nielsen
Dr. Kapels