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Verfahren und Einrichtung zur Herstellung eines passiven Schaltungselementes
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werden können bzw. dass sich wesentlich grössere Kennwerte bei gleicher Grösse der Schaltungselemente erzielen lassen als wie bei den mit den bisherigen Herstellungsverfahren hergestellten Schaltungselemen- ten. Ein weiterer sehr entscheidender Vorteil des neuen Herstellungsverfahrens liegt darin, dass es gelingt, die Schaltungselemente sehr viel schneller herzustellen, als mit den bisher üblichen Verfahren. Die Schal- tUngselemente können a1so billiger hergestellt werden und sie weisen zudem noch eine weitaus höhere Ge- nauigkeit auf als wie die mit den bisherigen Herstellungsverfahren hergestellten Schaltungselemente.
Beispielsweise gelingt es mit Hilfe des neuen Verfahrens, eine auf einen Keramikträger aufgebrachte
Chromnickel-Aufdampfschicht von 3 bis 5 ja Dicke mittels eines Ladungsträgerstrahles zu bearbeiten, wel- cher mit einer Geschwindigkeit von 1m/sec über die Schicht bewegt wird. Die Strichfräsungen können dabei so fein ausgeführt werden, dass die Breite der ausgefrästen Schichten nur wenige J1. beträgt.
Das erfindungsgemässe Verfahren bringt den weiteren Vorteil mit sich, dass Schaltungselemente eines genau vorgegebenen elektrischen Kennwertes hergestellt werden können. Zu diesem Zweck wird der La- dungsträgerstrahl nach dem vorgegebenen Programm über die Schicht geführt und nach einer vorgegebenen Bearbeitungszeit abgeschaltet. Sodann wird der elektrische Kennwert des Schaltungselementes gemessen und danach die Bearbeitung wieder fortgesetzt. Dabei werden die einzelnen Bearbeitungsschritte immer kleiner gewählt, u. zw. in Abhängigkeit von der Entfernung vom Endwert. Dies bedeutet, dass der geforderte Kennwert mit immer kleineren Bearbeitungsschritten solange angenähert wird, bis der geforderte Wert erreicht ist. Danach wird der Ladungsträgerstrahl abgeschaltet.
Der ganze hier geschilderte Vorgang kann bei entsprechender Ausbildung des Gerätes auch automatisch ablaufen.
Bei intermittierender Steuerung des Ladungsträgerstrahles wird der elektrische Kennwert des herzustellenden Schaltungselementes jeweils nach einer vorbestimmten Serie aufeinanderfolgender Impulsege- messen.
In manchen Fällen ist es vorteilhaft, den Fokussierungszustand des Ladungsträgerstrahles zu verändern.
Dadurch erhält man die Möglichkeit, Linien verschiedener Dicke in einem Arbeitsgang herzustellen oder in mehrerenArbeitsgängen demQuerschnitt derAusfräsung in Strahlrichtung eine gewünschte Form zu geben.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann beispielsweise zur Herstellung eines Schaltungselementes verwendet werden, bei welchem die Trägerschicht aus einem Isolierstoffrohr besteht, auf dessen Innenmantel eine Schicht aus leitfähigem Material aufgebracht ist. Der in der Rohrachse einfallende Ladungsträgerstrahl wird hier zur Schicht hin abgelenkt und durch eine Relativbewegung zwischen Strahl und Rohr auf der Schicht bewegt.
Zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung kann vorteilhaft eine an sich bekannte Einrichtung verwendet werden, welche aus der Kombination eines Gerätes zur Materialbearbeitung mittels Ladungsträgerstrahl mit einem Gerät zur Programmsteuerung der Ablenkwerte für den Ladungsträgerstrahl und der Betriebswerte für das Strahlerzeugungssystem besteht, und das erfindungsgemäss eine zur Abschaltung des Ladungsträgerstrahles während vorgegebener Zeiträume des Bearbeitungsvorganges und zur Messung des elektrischen Kennwertes des Schaltungselementes in diesen Abschaltzeiten dienende, automatisch arbei- tende Vorrichtung aufweist.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Ausführungsbeispiele darstellenden Fig. 1 - 8 näher erläutert. Dabei zeigen :
Fig. l eineDraufsicht auf ein passives Schaltungselement, bei welchem die Schicht entlang mehrerer, nicht miteinander verbundener Linien abgetragen ist : Fig. 2 die Draufsicht auf ein als Kondensator ausgebildetes Schaltungselement ; Fig. 3 die Draufsicht auf ein, aus einer Vielzahl von Gleichrichtern bestehendes Halbleiter-Element ; Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV der Fig. 3 ; Fig. 5 ein unter Verwendung einer Digital-Steueranlage aufgebautes Gerät zur Herstellung von passiven Schaltungselementen ; Fig. 6 eine unter Verwendung einer Fernsehanlage aufgebaute Einrichtung zur Herstellung von passiven Schaltungselementen ;
Fig. 7 eine Teilansicht eines Gerätes zur Herstellung von passiven Schaltungselementen, bei welchem während der Bearbeitung der elektrische Kennwert des Schaltungselementes gemessen wird ; Fig. 8 einen Teilschnitt durch ein als Isolierstoffrohr mit leitfähiger Schicht auf dem Innenmantel ausgebildetes Schaltungselement sowie die zu seiner Bewegung und Bearbeitung notwendigen Elemente.
In Fig. 1 ist mit 1 ein passives Schaltungselement bezeichnet, dessen auf einem Träger aufgebrachte Schicht aus leitfähigem Material entlang der Linien 2 - 5 mittels eines Ladungsträgerstrahles abgedampft worden ist. Der Strom muss also zwischen den Elektroden 6 und 7 einen mäanderförmigen Weg zurücklegen, so dass das Schaltungselement beispielsweise als Widerstand Verwendung finden kann.
Mittels des Ladungsträgerstrahles können Linien 2 - 5 ausgefräst werden, welche eine Breite von nur
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wenigen ja haben. Die Randlinien zur stehengebliebenen Schicht sind dabei glatt, so dass keine leitfähigen
Brücken zurückbleiben. Es können sehr viele feine Linien auf dem Schaltungselement untergebracht wer- den, da der Ladungsträgerstrahl sehr exakt gesteuert werden kann. Weiterhin erfordert die Herstellung des
Schaltungselementes sehr wenig Zeit. Das in Fig. 1 dargestellte Schaltungselement kann beispielsweise, wenn es eine Kantenlänge von zirka 8 mm aufweist, innerhalb einer Zeit von 0, 1 sec hergestellt werden.
Fig. 2 zeigt ein Schaltungselement 8, bei welchem nur eine zusammenhängende Linie 9 abgefräst ist. Dieses Schaltungselement kann als Kondensator Verwendung finden. Die Anschlusselektroden sind mit
6a und 7a bezeichnet. Die Breite der Linie 9 und damit die Kapazität des Kondensators kann in weiten
Grenzen verändert werden. Dies kann durch eine Änderung des Fokussierungszustandes des Ladungsträger- strahles oder durch mehrfaches Abfahren der Linie 9 mittels eines jeweils um eine geringe Strecke weiter- bewegten Ladungsträgerstrahles bewirkt werden.
In den Fig. 3 und 4 ist ein Schaltungselement 10 dargestellt, welches aus einer Trägerplatte 11 aus leitfähigem Material, aus einer darauf aufgebrachten Schicht 12 aus halbleitendem Material und einer auf diese Schicht aufgebrachten weiteren Schicht 13 aus leitfähigem Material besteht. Der Ladungsträger- strahl wird in diesem Fall so gesteuert, dass die Schichten 12 und 13 entlang eines schachbrettförmigen
Musters abgedampft werden. Dabei wird, zur Herstellung der in den Fig. 3 und 4 dargestellten speziellen
Form des Schaltungselementes der Fokussierungszustand des Ladungsträgerstrahles während des Bearbei- tungsvorganges verändert.
Das in den Fig. 3 und 4 dargestellte Schaltungselement enthält, wie ohne weiteres ersichtlich ist, eine Vielzahl von Gleichrichtern 14. Eine solche Gleichrichterplatte findet besonders vorteilhaft in Re- chenanlagen Verwendung.
Fig. 5 zeigt ein Gerät zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung. Mit 15 ist ein Vakuum- gefäss bezeichnet, in welchem ein aus der Kathode 16, der Steuerelektrode 17 und der Anode 18 bestehen- des Strahlerzeugungssystem angeordnet ist. Zur weiteren Formung des Elektronenstrahles 19 dienen zwei Blenden 20 und 21, während eine elektro-magnetische Linse 22, deren Polschuhe mit 23 und 24 bezeichnet sind, zur Fokussierung des Elektronenstrahles auf das zu bearbeitende Schaltungselement 25 dient. Dieses Schaltungselement ist hier sehr vergrössert dargestellt und besteht aus einer Keramikplatte 26 und einer darauf aufgebrachten dünnen Schicht 27 aus leitfähigem Material.
Das Schaltungselement 25 ist in einer Kammer 28 auf einem Tisch 29 angeordnet, welcher mittels einer Spindel 30 auf einem weiteren Tisch 31 verschoben werden kann. Dieser Tisch 31 kann mittels einer weiteren (in Fig. 6 mit 45 bezeichneten und hier nicht dargestellten) Spindel senkrecht zur Zeichenebene verschoben werden.
Bei 32 wird der Kathode 16 eine negative Hochspannung von beispielsweise-100 kV zugeführt. Die Steuerelektrode 17 ist gegenüber der Kathode negativ vorgespannt und hat ein Potential von beispielsweise-101 kV. Dadurch ist das Strahlerzeugungssystem gesperrt. Wird nun der Steuerelektrode 17 ein positiver Impuls zugeführt, so wird während der Dauer dieses Auslöseimpulses ein Elektronenstrahlimpuls erzeugt, welcher auf das Schaltungselement 25 trifft. Zur Zuführung des Auslöseimpulses zur Steuerelektrode ist ein Impulstransformator 33 vorgesehen. Dieser dient dazu, die niederspannungsseitig ankommenden Auslöseimpulse auf die an Hochspannung liegende Steuerelektrode 17 zu übertragen.
Zur Steuerung des gesamten Gerätes ist ein Programmspeicher 34, welcher mit Entschlüsslern 35. 36 und 37 gekoppelt ist, vorgesehen.
Der Programmspeicher 34 besteht beispielsweise aus einem Magnetband mit mehreren nebeneinan- derliegenden Spuren. Auf dieses Magnetband ist das gesamte Steuerprogramm zur Herstellung eines Schaltungselementes aufgetragen. Beispielsweise dienen die ersten Spuren zur Steuerung des Entschlüsslers 35, die nächsten Spuren zur Steuerung des Entschlüsslers 36 und die letzten Spuren zur Steuerung des Entschlüsslers 37.
Die während des Bearbeitungsvorganges von dem Programmspeicher 34 gelieferten Impulsgruppen werden über die Kanäle 38, 39 und 40 auf die Entschlüssler 35, 36 und 37 gegeben. Diese Entschlüssler enthalten an sich bekannte Elektronenschalter, die auf"Ja-Nein"Kommandos, wie sie vom Programmspeicher 34 geliefert werden, reagieren. Der Entschlüssler 37 bildet den Ablenkwert i, während der Ent- schlüssler 36 den Ablenkwert i bildet. Diese Ablenkwerte werden über die Leitungen 41 bzw. 42 in das Ablenksystem 43 eingespeist. Zugleich werden durch den Entschlüssler 35 sowohl Impulsamplitude als auch Impulsdauer festgelegt.'Nach Festlegung der Ablenkwerte sowie der Impulsdaten wird über die entsprechendeMagnetspur demEntschlüssler 35 ein Kommandoimpuls übermittelt.
Dadurch wird der in seiner Amplitude und Dauer festgelegte Steuerimpuls ausgelöst und über die Leitungen 44 und den Impulsaans-
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formator 33 der Steuerelektrode 17 zugeführt. Mittels dieses Steuerimpulses wird der eigentliche Arbeits- impuls ausgelöst, der sodann an der durch das Ablenksystem 43 festgelegten Stelle auf das Schaltungs- element 25 auftrifft. Es lässt sich ohne weiteres eine Impulsfolgefrequenz von etwa 2, 5 kHz bei einer
Impulsdauer von 10-6 bis 10-8 sec erreichen.
Das Ablenksystem 43 besteht aus vier elektromagnetischen Spulen, welche jeweils einen Kern aus hochpermeablem Material enthalten. Sämtliche Elemente des Ablenksystemes sind in Kunstharz einge- gossen. Einander jeweils gegenüberliegende Spulen dienen zur Ablenkung des Elektronenstrahles 19 in einer Richtung.
Mittels des in Fig. 5 dargestellten Gerätes gelingt es, bei entsprechender Programmierung passive
Schaltungselemente herzustellen, wie sie beispielsweise in den Fig. 1 - 4 dargestellt sind.
Bei dem in Fig. 6 dargestellten Gerät zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist auf das
Vakuumgefäss 15 ein ölgefüllter Behälter 50 aufgesetzt. In diesen Behälter ragt der Isolatoransatz 51 des das Strahlerzeugungssystem tragenden Isolators, das dreiadrige Hochspannungskabel 52 sowie der Isolator ansatz des Hochspannungs-Isoliertransformators 53. Dieser Transformator dient zur Zuführung der niederspannungsseitig erzeugten Steuerimpulse auf das auf Hochspannungspotential liegende Strahlerzeugungssystem.
Im Gerät 54 wird die Hochspannung erzeugt und mittels eines mit einem Erdmantel versehenen Hochspannungskabels dem Gerät 55 zugeführt. Dieses Gerät dient zur Erzeugung der regelbaren Heizspannung und der regelbaren Steuerelektrodenvorspannung. Die hier erzeugten Spannungen werden über das Hochspannungskabel 52 in den ölgefülltenBehälter 50 eingeführt. Die Heizspannung wird dabei direkt der Kathode 16 zugeleitet. Die Steuerelektrodenspannung wird durch den Isolatoransatz der Sekundärwicklung des Hochspannungs-Isoliertransformators 53 zugeführt und gelangt von dort aus direkt zur Steuerelektrode 17. Die Steuerelektrodenspannung ist so eingestellt, dass im Ruhezustand das Strahlerzeugungssystem gesperrt ist.
Mit 56 ist eine Fernsehkamera üblicher Bauart bezeichnet, welcher von der Zentrale 57 dienotwendigen Betriebsspannungen zugeführt werden. Das von der Kameia 56 gelieferte Videosignal gelangt zur Zentrale 57 und wird dort verstärkt. Die Zentrale 57 liefert über die Leitung 58 die zur Zeilenablenkung dienendenAblenkströmewährend über dieLeitung59 die zur Ablenkung in Bildrichtung dienenden Ablenkströme geliefert werden. Über die Leitung 60 gelangt das verstärkte Videosignal zu einem Sichtgerät 61, welchem auch die notwendigen Ablenkströme zugeführt werden. Das Sichtgerät 61 liefert also das von der Fernsehkamera 56 aufgenommene Bild.
Die Ablenkströme werden einem Verstärker 62 zugeführt und gelangen von dort zu den Ablenkspulen des Ablenkelementes 43. Die Videosignale werden einem Verstärker 63 zugeführt und gelangen von dort zur Primärwicklung des Isoliertransformators 53.
Aus dem obengeschildertenAufbau des Gerätes ist ohne weiteres ersichtlich, dass mittels dieses Gerätes das Bild einer Vorlage 66 direkt auf das Schaltungselement 25 übertragen wird, sobald diese Vorlage mittels einer Lampe 64 und einem optischen System 65 beleuchtet wird und die Fernsehanlage in Tätigkeit gesetzt ist. Das zu übertragende Bild 66 kann beispielsweise ebenso aussehen wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Dabei ist es lediglich notwendig, die zu bearbeitenden Linien 2 - 5 bzw. 7 durchscheinend zu gestalten und die Vorlage sonst undurchsichtig auszubilden.
Fig. 7 zeigt eine weitere Ausgestaltung des in Fig. 5 dargestellten Gerätes. Es ist hier eine Vorrichtung 70 vorgesehen, welche während des Bearbeitungsvorganges intermittierend den elektrischen Kennwert des Schaltungselementes 25 misst. Sobald der vorgegebene Kennwert erreicht ist, wird über eine Steuervorrichtung 71 dem Programmspeicher 34 ein Impuls zugeführt, welcher den Programmspeicher abbchaltet.
Mit dem in Fig. 7 dargestellten Gerät ist es beispielsweise möglich, den Widerstand des in Fig. 1 dargesteIltenSchaltungselementes während des Bearbeitungsvorganges zu messen. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, das Gerät 70 an die Elektroden 6 und 7 anzuschliessen. Die Programmierung wird in diesem Fall so vorgenommen, dass zunächst die Linien 2 vollständig ausgefräst werden. Sodann werden die Linien 3,4, 5 in der Art gefräst, dass aufeinanderfolgende Elektronenstrahlimpulse nacheinander auf die Linien 3,4 und ä auftreffen. Dies bedeutet, dass die Linien 3 - 5 gleichzeitig gefräst werden, wobei die Fräsung schrittweise von oben nach unten fortschreitet.
Wenn der vorgegebene Widerstandswert angenähert erreicht ist, werden die Bearbeitungsschritte immer kleiner bis schliesslich nach Erreichen des vorbestimmten Wertes der Programmspeicher 34 über das Steuergerät 71 ausgeschaltet wird, so dass also die Linien 3 - 5 eine Länge haben, welche nur durch den gewünschten Widerstandswert bestimmt ist.
Es gelingt auf diese Weise beispielsweise auch einen Kondensator vorgegebener Kapazität herzustellen,
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