<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zur Herstellung von Kontaktnadeln für Halbleitergegenstände, insbesondere für Transistoren
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zurHerstellung vonKontaktnadeln fürHalbleitergegenstände insbesondere für Transistoren. Derartige Kontaktnadeln werden im Zusammenhang mit Halbleiterkristallen (Germanium-, Siliziumkristalle, u. dgl.) in der Nachrichtentechnik häufig verwendet. Die unter dem Namen"Nadeltransistore"bekannten Kristallverstärkerelemente weisen zwei Kontaktnadeln und eine den elektrischen Anschluss ermöglichende sogenannte Basis auf.
Bei der Fabrikation der mit Nadeln arbeitenden Transistore verursacht die Herstellung der Kontaktnadeln, insbesondere aber die Ausbildung der Spitze der Kontaktnadeln Schwierigkeiten. Die Abmessungen der Nadeln sind einerseits durch die den besonderen Vorteil des Gerätes bildenden kleinen Abmessun- gen stark beschränkt, anderseits aber müssen die Nadeln eine gewisse mechanische Festigkeit aufweisen, welche die Anwendung entsprechend grosser Anlagedrücke der Nadeln an der Oberfläche des Kristalles ermöglicht. Bei der Wahl des Durchmessers des zur Herstellung der Nadeln verwendeten Drahtes muss der Umstand berücksichtigt werden, dass der Abstand der am Kristall aufliegenden Nadelspitzen voneinander höchstens 30-50 Mikron betragen darf.
Eine Vorbedingung der guten Arbeitsweise der mit Nadeln arbeitenden Kristallverstlrker ist ferner ein Krümmungsradius der Nadelspitzen, der höchstens 3-5 Mikron be-
EMI1.1
Phosphorbronze hergestellt, wobei der Draht in entsprechende Stücke zerkleinert und die Enden der einzelnen Stücke mit einem scharfen Schneidewerkzeug schräg abgezwickt wurden, so dass die Spitze der Nadel im Mantel des zylindrischen Drahtkörpers lag. Dieser Umstand ermöglicht die Einstellung der Nadelspitzen auf den besagten geringen gegenseitigen Abstand, obzwar der Drahtdurchmesser grösser als dieser Abstand ist.
Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die Nadelspitze zufolge des mechanischenAbzwik- kens deformiert wird, so dass der Krümmungsradius der Nadelspitze nicht reproduziert werden kann. Anderseits reicht die Steifheit des Phosphorbronzedrahtes nicht aus, um die Nadel mit einem genügend starken Druck gegen die Fläche des Kristalles zu drücken. Der beim Abzwicken entstehende Grat kann von der Nadelspitze nur im Lauf eines komplizierten Polierverfahrens entfernt werden.
Einen grösserenAnlagedruck der Nadel am Kristall ermöglichen die aus Wolfram- oder Molybdändraht hergestellten Kontaktnadeln. Die Spitze solcher Nadeln kann jedoch nicht durch das erwähnte Abzwickverfahren hergestellt werden, da hiebei im spröden Material sehr leicht Risse entstehen würden.
Es ist ferner bekannt, aus Wolfram oder Molybdän hergestellte Kontaktnadeln mittels eines elektrolytischen Verfahrens herzustellen. Mit Hilfe der bekannten Verfahren gelang es bisher jedoch nur, Kontaktnadeln herzustellen, deren Spitze in der geometrischen Achse des Drahtes lag, so dass die so hergestellten Kontaktnadeln für Kristallverstärker, also für Transistoren ungeeignet waren, da die Nadelspitzen nicht auf den notwendigen kleinen Abstand voreinander eingestellt werden konnten. Die Kontaktnadela dieser Art eigneten sich nur für Gleichrichter. Der bei dem bekannten Verfahren verwendete Elektrolyt bestand hiebei aus kupferchloridhältiger oder reiner Kalilaugenlösung, wobei der Wolframdraht vor dem elektrolytischen Behandeln in der Regel mit Thoriumdioxyd überzogen werden musste. Das Kupferchlorid
EMI1.2
<Desc/Clms Page number 2>
des Thoriumdioxydes.
Dieses Verfahren eignet sich nicht zur reproduzierbaren Herstellung von Kontaktnadeln mit schrägem Schnitt, da die Form und der Krümmungsradius der Nadelspitze starken Schwankungen unterliegt.
Schliesslich ist noch ein Verfahren zur Herstellung von Kontaktnadeln aus Phosphorbronze bekannt geworden, bei welchem ein Phosphorbronzedraht auf einen Zylinder aufgewickelt und mittels eines Schneidwerkzeuges in eine Anzahl von Ringkörpern zerlegt wird. Die nach innen stehenden Enden dieser Ringkör- per, welche nach dem Schnitt bereits ihre zugespritzte endgültige Form aufwiesen, werden hierauf fast senkrecht in ein Elektrolytbad eingetaucht, wobei die durch den mechanischen Schneid vorgang erhaltenen abgeschrägten Drahtenden elektrolytisch nachbearbeitet werden.
Dieses Verfahren weist dep Nachteil auf, dass durch den mechanischen Schneidvorgang Risse und Sprünge im Bereiche der Enden der Ringkörper entstehen, welche durch die elektrolytische Nachbearbeitung meist nur ungenügend beseitigt werden können.
Davon abgesehen, ist aber auch dieses Verfahren für Wolfram-oder Molybdändrähte wegen der Härte und Sprödigkeit dieser Materialien nicht anwendbar.
Die vorliegende Erfindung bezweckt ein Verfahren zu schaffen, mit welchem Kojitaktnadeln aus Wolfram oder Molybdän, welche an ihren Enden abgeschrägt sind, genau und reproduzierbar hergestellt werden können. Das erfindungsgemässe Verfahren besteht hiebei im wesentlichen darin, dass Drähte, welche in an sich bekannter Weise aus Wolfram oder Molybdän bestehen, nach einer chemischen Vorbehandlung in ein schwefelsäurefreies Elektrolytbad unter einem Winkel, welcher klei.
1er als 900, jedoch grösser als 450, gemessen zwischen Drahtachse und Badoberflächennormale, ist, eiugetaucht und in diesem durch anodische Behandlung entsprechend der Badoberfläche zugespitzt werden, wobei das Elektrolytbad als Hauptkomponente wasserlösliche Phosphate oder in an sich bekannter Weise Phosphorsäure enthält. Es werden also hiebei alle jenen Teile der in das Elektrolytbad eingetauchten Nadeln, welche unter die Badoberflä- che zu liegen kommen, von den übrigen Nadelteilen elektrolytisch entfernt, so dass die entsprechend schräge Stirnfläche der Nadel vollkommen glatt und genau in der gewünschten Form erhalten wird.
Die Gefahr von Rissen an der Kontaktfläche der Nadel, welche Risse bei Transistoren kritisch sind, tritt somit bei dem erfindungsgemässen Verfahren überhaupt nicht auf.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform des erfindullgsgemässen Verfahrens weiden die Wolframoder Molybdändr hte in das Elektrolytbad unter einem Winkel von etwa 600 eingetaucht. Zweckmässig liegen hiebei die Nadelspitzen etwa 1 bis 2 mm unterhalb des Flüvsigkeitspiegels. Die Gegenelektrode können in vorteilhafter Weise aus einem Platindraht bestehen, welcher z. B. in Form eines Ringes ausgebildet sein kann. Bei gleichzeitiger Behandlung von mehreren Nadeln wird für jede Nadel als Gegenelektrode ein besonderer Ring verwendet und die Nadel und der Ring relativ zueinander derart angeordnet, dass die Nadel und der Ring symmetrisch zueinander stehen, also die Nadel durch den Mittelpunkt des durch den Platindraht gebildeten Ringes geht.
Statt Platindraht kann natürlich auch ein Platinband verwendet werden und auch andere bekannte Formen von Gegenelektrode sind brauchbar.
Der im Sinne der Erfindung anzuwendende Elektrolyt kann aus reiner Phosphorsäure bestehen, deren Konzentration 60-80%, vorzugsweise 65-70%, beträgt. Es kann jedoch auch im Rahmen der Erfindung irgendeine wasserlösliche Phosphatsalzlösung angewendet werden, z. B. Kalium-oder Natriumdihydrophos- phatlösung. Hiebei kann der Elektrolyt neben dem Salz auch eine Lauge enthalten. In bestimmten Fällen kann es vorteilhaft sein, der Lösung Kalium- oder Natriumfluorid zuzusetzen. Gegebenenfalls kann auch Kaliumchromat zugesetzt werden.
Weitere Einzelheiten des Verfahrens nach der Erfindung werden an Hand der Figuren der Zeichnung erklärt. In der Zeichnung zeigen die Fig. la und lb in zwei verschiedenen Seitenansichten eine Phosphorbronzenadel, welche in bekannter Weise durch Abzwicken der Spitze hergestellt wurde. Die Zeichnung zeigt klar, dass am abgezwickten Ende 5 der Nadel 4 Grate entstehen, ferner die Spitze deformiert wird und letzten Endes die ganze, durch Abzwicken erzeugte Fläche ungleichmässig gestaltet ist, so dass die so hergestellte Nadel für Kristallverstärker aus den oben bereits angegebenen Gründen nicht verwendet werden kann.
Die Fig. 2a und 2b zeigen eine aus Wolframdraht hergestellte Nadel in zwei Seitenansichten. Die in bekannter Weise durch Ätzen entstandene Fläche 7 der Nadel 6 ist ebenfalls ungleichmässig gestaltet. Da die Flächen 7 im allgemeinen bei jeder Nadel anders ausfallen werden, ist dieses Verfahren nicht repro-
EMI2.1
sen sollen, ungeeignet.
Die Fig. 3a und 3b zeigen in zwei verschiedenen Seitenansichten eine aus Wolfram- oder aus Molyb- dändraht hergestellte, gemäss der Erfindung elektrolytisch behandelte Nadel. Die Nadel wurde bei der Herstellung in das Elektrolytbad unter einem Winkel von 600, gemessen zwischen Drahtachse und Badober-
<Desc/Clms Page number 3>
fltchennorr. ude, eingetaucht. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist die Fläche 9 der Nadel 8 vollständig gleichmässig geformt. In der Vorderansicht ist diese Fläche eine geometrische Ellipse. Die Spitze 10 liegt im Mantel der Nadel. Eine solche Nadel bzw. solche Nadeln sind also für den angegebenen Zweck, d. h. als Kontaktnadeln für Kristallverstärker bzw.
Transistoren bestens geeignet, da die Nadelspitzen 10 in beliebig kleinem Abstand voneinander auf die Oberfläche des Kristalles aufgelegt werden können.
Nachstehend werden einige Beispiele für die Herstellung von Kontaktnadeln nach der Erfindung angegeben.
Beispiel l ; Die auf die gewünschte Länge zugeschnittenen, aus Wolfram-oder Molybdändraht hergestellten Nadeln, deren Durchmesser etwa 0, 13-0, 15 mm beträgt, werden mit hiezu geeigneten, bekannten Lösungsmitteln entfettet. Die im Laufe des Herstellungsverfahrens des Drahtes an der Oberfläche des Wolframs bzw. Molybdäns gebildete Oxydschicht, sowie die beim Ziehen des Drahtes entstandene.
Unebenheiten der Oberfläche werden z. B. mittels elektrolytischen Polierens entfernt. Zu diesem Zwecke werden die Nadeln vorteilhaft an Trägern aus Nickel angelötet, sodann in eine 20%-igue KOH-Lösung eingetaucht. Gegenüber den Nadeln wird in einem Abstand von etwa 10-15 mm eine Platingegenelektrode angeordnet und hierauf die Zelle für die Zeitdauer von etwa :'. -2 Sekunden an eine Wechselspannung von 18-20 Volt geschaltet. Sodann werden die so behandelten Drahtstücke dem Verfahren nach der Erfindung unterworfen.
Die Drahtstücke werden unter einem Neigungswinkel von etwa 600, gemessen zwischen Nadeldrahtachse und Badoberflächennormale, in einen der obenbeschriebenen Elektrolyte, also z. B. vorteil- haft in eine 70%-ige Phosphorsäurelösung, eingetaucht. Das Mass des Eintauchens beträgt 1-2 mm. Als Gegenelektrode wird ein Platindraht in der oben bereits beschriebenen Form verwendet. Die Nadeln werden als Anode geschaltet und die Zelle unter eine Gleichspannung von etwa 110 Volt gesetzt. Die Behandlung wird solange fortgesetzt, bis die Stromstärke vom anfänglichen Wert von etwa 20-30 mA auf ungefähr 0 heruniergesunken ist. Auf diese Weise werden Nadeln erhalten, bei welchen die Schnittfläche 9 (siehe Fig. 3a, 3b) von einer regelmässigen Ellipse begrenzt ist.
Nach dem Aufsetzen auf den Kristall berühren diesen nur die Spitzen 10 der Nadeln, welche in der Manzelfl ; iche des zylindrischen Drahtes liegen.
Nach der elektrolytischen Behandlung wird vorteilhaft noch eine nachträgliche Reinigung der Nadeln vor- genommen, um die im Laufe der elektrolytischen behandlung entstandene Oxydschicht von den Nadeln zu entfernen. Diese Nachbehandlung kann ähnlich erfolgen, wie die obenbeschriebene Vorbehandlung, also z. B. in einem KOH-Elektrolyten.
Beispiel 2: Die Vorbehandlung und die Nachbehandlung der Nadeln gleicht denjenigen, die im Beispiel 1 bereits beschrieben wurden. Die der elektrolytischen Behandlung zu unterwerfenden Kontaktnadeln werden ebenfalls an einem Nickelträger befestigt, nachdem sie vorgereinigt wurden und in einen Elektrolyten getaucht, dessen Zusammensetzung die folgende ist :
EMI3.1
:Im übrigen erfolgt die Behandlung, wie an Hand des Beispieles 1 beschrieben, wobei auch die Zeitdauer der Behandlung dieselbe sein wird.
Beispiel 3 : Die Behandlung erfolgt in gleicher Weise, wie im Beispiel 2, jedoch wird einElektrolyt folgender Zusammensetzung angewendet :
EMI3.2
taktnadeln aus Wolfram oder Molybdän, also aus Stoffen hoher mechanischer Festigkeit hergestellt werden können. Die Spitze der nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Kontaktnadeln liegt im zylindrischen Mantel des Drahtes, also in einer Erzeugenden dieses Zylinders, wodurch die Einstellung eines beliebig kleinen Abstandes zwischen je zwei benachbarten Nadeln am Kristall ermöglicht wird. Das Verfahren ist reproduzierbar, d. h. es können Nadelspitzen hergestellt werden, und zwar in der Massenfabrikation, die untereinander praktisch völlig gleich sind.
Ausserdem ist das erfindungsgemässe Verfahren wesentlich einfacher als die bisher angewendeten mechanischen Verfahren, und endlich wird durch das Verfahren die Möglichkeit gesichert, Kristallverstärker gleichmässiger Güte herzustellen.
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.