Verfahren zum Erzeugen von durch Löcher in einem oder mehreren Körpern hindurch sich erstreckenden dünnen Belägen Das vorliegende Verfahren dient zum Erzeugen von durch Löcher in einem oder mehreren Körpern hindurch sich erstreckenden, dünnen Belägen.
Als Anwendungsbeispiel sei eine Verdrahtung genannt, bei welcher ringförmige Körper aus ferro- magnetischem Material (im folgenden kurz Magnet kerne genannt) unter sich und mit anderen Schalt elementen mittels durch ihre Öffnungen geführter elektrischer Stromleiter verbunden sind. Ein wich tiger Spezialfall hiervon sind matrixähnliche Anord nungen aus Magnetkernen, wie sie als Speicher in digitalen Rechenmaschinen verwendet werden. Ein Ausführungsbeispiel einer solchen Speicheranordnung ist beschrieben in J. A. Rajchma: A Myriabit Magne- tic-Core Matrix Memory , Proc. 1. R.
E. October 1953.
Die bisher zur Verdrahtung von solchen Magnet kernmatrizen verwendeten Verfahren lehnen sich alle mehr oder weniger an die in der Textilindustrie üblichen an. Sie bringen vor allem den grossen Nach teil produktionstechnischer Art mit sich, dass sie sich nur sehr schwer oder gar nicht zur Automatisierung eignen. Gemäss einem bekannten Verfahren werden die zu einer Speichermatrix zu verdrahtenden Magnet kerne in eine Montagelehre eingeführt und mittels derselben in der gewünschten '.Matrixanordnung fest gehalten, und zwar so, dass die in den einzelnen Kernen befindlichen Öffnungen frei zugänglich blei ben.
Jeder durch die Kerne zu führende Draht wird in eine lange, hohle Nadel eingezogen, welche einer Injektionsnadel gleicht und diese wird durch die Öffnung der auf den Draht aufzureihenden Kerne gefädelt und schliesslich vom Draht abgezogen.
Es liegt auf der Hand, dass diese Methode sehr zeitraubend und infolge des grossen Aufwandes an Handarbeit kostspielig ist. Ein weiterer Nachteil liegt in der Notwendigkeit, sämtliche in einem Ar beitsgang mit ein und demselben Draht zu durch ziehenden Kerne so anzuordnen, dass ihre Öffnungen in einer Linie liegen, und dass ihre in Durchstich richtung dargebotenen öffnungsflächenmindestens gleich dem Querschnitt der Nadel sind.
Die Verdrahtung spezieller, sogenannter höher dimensionaler Speichermatrizen, bei denen die Win kel zwischen den ein und denselben Kern durch stossenden Drähten unvermeidlicherweise einen be stimmten Wert überschreiten, wird bei Verwendung von gesteckten Drähten schlechterdings verunmög- licht.
Das Verfahren nach vorliegender Erfindung ver meidet die genannten Nachteile und hat vor allem das Ziel die Anbringung dünner Beläge, vorzugs weise schichtförmiger Leiter durch beliebig geformte Öffnungen in Körpern in einem automatischen Serienherstellungsprozess zu ermöglichen, und somit Vorteile der Technik der gedruckten Schaltungen auszunützen.
Ein weiteres Ziel ist die Schaffung eines Ver fahrens, welches die zeichnungsgetreue Verlegung auch komplizierter Leitungen ermöglicht und eine reproduzierbare Verdrahtung ergibt, das heisst eine definierte und nicht veränderliche Verteilung von Streukapazitäten und Streuinduktivitäten.
Ein weiteres Ziel ist die Schaffung eines Verfah rens, welches eine denkbar dichte Packung 'von Leitern und Isolatoren an Stellen beschränkten Platzes, z. B. in Öffnungen von Körpern, ermöglicht.
Ein weiteres Ziel ist es, ein Verfahren zu schaf fen, mittels welchem in ein und demselben Arbeits gang oder in kurz aufeinanderfolgenden Arbeits gängen ausser den elektrischen Leitern auch isolie rende Zwischenschichten sowie zusätzliche Schalt- elemente vorzugsweise unter Heranziehung der Ruf dampf- oder Kathodenzerstäubungstechnik angebracht werden können.
Eine Möglichkeit besteht beim vorliegenden Ver fahren in der Anbringung von mehreren leitenden oder isolierenden Schichten übereinander derart, dass mehrere sich in gleicher oder verschiedener Richtung erstreckende Schichten dieselbe Öffnung durch dringen.
Das vorliegende Verfahren stützt sich auf die im wesentlichen geradlinige Bewegung von Partikeln im luftverdünnten Raum über Distanzen, die relativ klein sind gegenüber ihrer freien Weglänge. Diese geradlinige Fortpflanzung des Partikelstrahl.es wird dazu benützt, um die Aussparungen einer Maske auf die Wände der Löcher in einem oder mehreren Kör pern oder auf einen Trägerkörper abzubilden .
Gemäss dem Grundgedanken der Erfindung wird der oder die mit Löchern versehenen Körper mit mindestens einer mit Aussparungen versehenen Ab deckmaske überdeckt und einer Quelle, welche im wesentlichen geradlinig sich bewegende Materie partikeln aussendet, z. B. einer Dampfstrahlquelle im Vakuum oder einer Kathodenzerstäubungsquelle aus gesetzt, und zwar so, dass die Partikeln von genann ter Quelle durch die Aussparungen der Maske hin durch schräg in die Löcher eintreten, derart, dass sie bei ihrem Auftreffen auf die Wände der Löcher oder auf einen dazwischenliegenden Träger eine sich min destens über die axiale Abmessung der Löcher er streckende zusammenhängende Schicht bilden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des er findungsgemässen Verfahrens werden der die Löcher aufweisende Körper und die Dampfstrahlquelle rela tiv zueinander bewegt. Die dazwischen angeordnete Abdeckmaske kann sich hierbei entweder mit dem Körper oder mit der Quelle mitbewegen.
Gemäss einer anderen Variante des erfindungs gemässen Verfahrens findet eine linear ausgedehnte Partikelstrahlquelle Verwendung.
Bei einer Variante des erfindungsgemässen Ver fahrens werden die aufgedampften Schichten auf gal vanischem Weg verstärkt.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf eine nach obengenanntem Verfahren hergestellte Vorrichtung.
Bei einer solchen können z. B. die in elektro nischen Schaltnetzwerken erforderlichen Induktivi- täten oder Kapazitäten durch Teile der nach dem erfindungsgemässen Verfahren aufgebrachten Leiter schichten gebildet werden.
Anhand der beiliegenden Zeichnungen werden Ausführungsmöglichkeiten des erfindungsgemässen Verfahrens näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnittes aus einer Magnetkern-Speichermatrix, in welcher die einzelnen Magnetkerne in herkömmlicher Weise mittels durchgesteckter Leiter verdrahtet sind.
Fig.2a zeigt einen Schnitt durch zwei Magnet kerne, die zur erfindungsgemässen Anbringung eines durch ihre Öffnungen sich erstreckenden Leiters teil weise in einem Träger eingebettet und von einer Maske bedeckt sind.
Fig. <I>2b</I> zeigt den Grundriss von Fig. <I>2a.</I>
Fig.3 zeigt einen Fig.2 entsprechenden Schnitt und versinnbildlicht zwei Arbeitsvorgänge, die nach einander ausgeführt, eine durch eine Kernöffnung sich erstreckende bandförmige Schicht liefern.
Fig.4 veranschaulicht eine Variante des erfin dungsgemässen Verfahrens, bei dem der Einfalls winkel des Dampfstrahles während des Aufdampf- vorganges stetig variiert wird.
Fig. 5 veranschaulicht eine Variante des erfin dungsgemässen Verfahrens unter Verwendung einer linear ausgedehnten Dampfquelle.
Fig.6 zeigt eine räumlich auseinandergezogene Darstellung einer nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Matrix von vier Magnet kernen.
Fig.7 zeigt einen stark vergrösserten Schnitt durch einen Magnetkern, in welchem drei Strom leiter und zwei Isolierschichten nach dem erfindungs gemässen Verfahren angebracht wurden.
Fig.8 zeigt aufgedampfte Widerstände in einer nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Leiterschicht.
Fig. 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemässe Erzeugung eines Leiters, wel cher mehrere in ein und demselben Körper ange brachte Öffnungen durchläuft.
Fig. 10u, b, c sind zwei Schnitte bzw. ein Grund riss zur Veranschaulichung von Form und Wirkungs weise einer speziellen, zur Durchführung des erfin dungsgemässen Verfahrens verwendeten Abdeck- maske.
Bei einer in herkömmlicher Art hergestellten Magnetkern-Speichermatrix, wie sie in Fig. 1 ver anschaulicht ist, hängen die einzelnen Kerne an den Kreuzungspunkten der horizontalen Drähte 11 resp. 11' mit den vertikalen Drähten 12 bzw. 12'. Ausserdem ist eine zusätzliche Leitung 13 diagonal durch die Kernmatrix hindurchgezogen.
Bei der Anwendung des Verfahrens nach vor liegender Erfindung werden bei matrizenförmiger An ordnung von Kernen, selbige in einem Träger be festigt, welcher zweckmässigerweise auch die nach dem Aufdampfverfahren hergestellten Schicht- oder bandförmigen Leiter trägt. Als Träger kann bei spielsweise eine Kunstharzplatte 15 verwendet wer den, in welche die Kerne teilweise eingelassen sind, und zwar so tief, dass die ebene Oberfläche der Kunstharzplatte sich durch jede Kernöffnung hin durch erstreckt, wie dies in Fig. 2a gezeigt ist.
Die Kunstharzplatte 15 sei im folgenden als Schicht träger bezeichnet. Über die Kerne 14 resp. 14' ist eine Maske 16 gelegt, die beispielsweise aus Alu miniumblech bestehen kann. Die Anordnung ist in Fig.2b im Grundriss nochmals dargestellt. Dort ist .ersichtlich, dass die Maske 16 Schlitze 19 besitzt, die der Breite des aufzudampfenden Leiters ent- sprechen. In Fig. 2a ist mit 17 die Einfallsrichtung der von der Metalldampfquelle (nicht gezeigt) aus gesandten Dampfpartikel angedeutet.
Wenn der Ab stand zwischen Dampfquelle und Maske beträchtlich kleiner ist als die dem herrschenden Druck entspre chende mittlere freie Weglänge der Dampfpartikel, so ist deren Bewegung im wesentlichen geradlinig.
Die Parallelrichtung des Partikelstrahlenbündels kann z. B. dadurch erreicht werden, dass die Dampf quelle in genügendem Abstand vom Schichtträger angeordnet wird, oder aber durch Verwendung von Blenden und oder Leitblechen im Strahlengang.
Durch eine geeignete Anbringung der Metall- dampfquelle relativ zu dem mit der Maske 16 ver- sehenen Schichtträger 15 kann erreicht werden, dass die Dampfpartikel schiefwinklig auf die Maske 16 auftreffen, -und zwar so, dass die Einfallsebene senk recht zur Maske steht und durch die Schlitze 19 hindurchgeht.
Dies bewirkt, dass die durch den Strahl erzeugten Bilder der Maskenschlitze 19 nicht lotrecht unter diesen, sondern gemäss der Einfallsrichtung des Strahles schräg versetzt auf der Schichtträgerober- fläche entstehen. Wenn die relative Lage der Öffnun gen der Kerne 14, 14' einerseits und der Schlitze 19 anderseits den Fig.2a und 2b entspricht, wird das gebildete Teilstück der Schicht 18 teilweise innerhalb der Kernöffnungen liegen.
Die Ergänzung des schichtförmigen Leiters er folgt dadurch, dass man den Schichtträger 15 (allen falls samt der Maske 16) koplanar um 180 dreht und den Aufdampfprozess wiederholt. In Fig. 3 ist als äquivalente Lösung gezeigt, dass statt des Schicht trägers 15 die Dampfquelle um eine Normale zur Schichtträgeroberfläche um 180 gedreht wird. Man ersieht, dass sich die Teilschichten 18 überlappen und einen durchgehenden Leiter bilden.
In Fig. 3 ist auch ersichtlich, dass die Blenden stege der Breite k die Oberfläche der Kerne 14, 14' gegen die einfallenden Partikel abschirmen, so dass sich auf der Oberfläche der Kerne praktisch kein Niederschlag bildet. Dies ist von Bedeutung, da eine den Kern umschliessende, leitende Schicht eine Kurz schlusswindung darstellen würde.
Dank der wirksamen Abschirmung durch die Maske ist das Verhältnis der Belegungsdicke an den erwünschten zu der an den unerwünschten Stellen so hoch, dass eine allfällige völlige Reinigung durch Abbeizen gelingt.
Man kann die aufgedampfte Schicht natürlich nicht nur als eigentlichen Stromleiter benützen, son dern auch als Unterlage für eine galvanisch aufzu tragende stärkere Schicht. Dies ist .erwünscht, wenn ein besonders niedriger Leitungswiderstand verlangt wird.
Bei dem in Fig. 3 veranschaulichten, erfindungs gemässen Verfahren muss die Voraussetzung erfüllt sein, dass die Schlitzlänge grösser ist als die Steg breite k, damit die gewünschte überlappung tatsäch lich eintreten kann. Dies bedingt einen grösseren Abstand der Kerne 14 und 14' als unbedingt nötig ist. Dieser zusätzliche Platzbedarf kann gemäss einer in Fig. 4 dargestellten Variante des Verfahrens be seitigt werden.
Hierbei wird während des Aufdampf- vorganges die relative Lage von Dampfquelle aus Richtung 17 und Schichtträger 15 stetig verändert, und zwar so, dass die Projektion der Dampfquelle auf den Schichtträger 15 durch die in diesem Falle relativ kurzen Schlitze 19 der Maske 16 entlang dem zu bildenden Schichtstreifen wandert. Man kann die solcherart erzeugte Schicht auffassen als eine Überlagerung von unendlich vielen einzelnen Bil dern der Schlitze 19, die einander alle stark über lappen. Die Änderung der Einfallsrichtung kann z. B. dadurch erfolgen, dass der Schichtträger 15 samt der Maske 16 um eine zur Einfallsebene der Strahlen senkrechte Achse gedreht wird.
Das Ziel der vorstehend besprochenen Variante kann auch dadurch erreicht werden, dass eine faden- förmige Dampfquelle 20 verwendet wird, die par allel zu den Schlitzen 19 in der Maske 16 ist, wie Fig. 5 zeigt. Die Länge der Quelle 20 und ihre An ordnung relativ zum Schichtträger muss so gewählt werden, dass sich ihre durch die einzelnen Schlitze 19 erzeugten Bilder auf dem Schichtträger 15 ge nügend überlappen.
Fig. 6 zeigt in auseinandergezogener Darstellung einen vier Kerne enthaltenden Ausschnitt aus einer Speichermatrix mit mehreren nach vorliegendem Verfahren hergestellten Leitern. Die Kerne 14, 14', 14", 14"' sind zum Zwecke der Veranschaulichung horizontal aufgeschnitten und die Hälften räumlich getrennt gezeichnet. Die Trägerplatte 15, in welche die Kerne eingebettet sind, trägt die Leiter 11 und 11', welche durch die Kerne 14, 14" bzw. 14' und 14"' hindurchgehen. Die Leiter 12 und 12' verlaufen durch die Kerne 14, 14' bzw. die Kerne 14" und 14'. Der auf der Trägerschicht 21 auf gedampfte Leiter 13 durchdringt der Reihe nach die Kerne 14", 14"', 14 und 14'.
Die zum Zwecke der Veranschaulichung als verhältnismässig dick und räumlich ausgedehnt gezeichneten Schichtträger 20 und 21 können auch als hinsichtlich ihrer Fläche begrenzte, dünne, isolierende Zwischenschichten aus geführt sein, welche gleichfalls nach dem' erfindungs gemässen Verfahren hergestellt werden. Zu diesem Zwecke kann auf an sich bekannte Weise ein Mate rial mit sehr geringem Leitwert, wie z. B. Silizium oxyd oder Thoriumfluorid gegebenenfalls unter Ver wendung einer Maske -mit geeigneten Aussparungen in solcher Dicke aufgedampft werden, dass die er forderliche Isolation zwischen den übereinander liegenden Teilen der Leiter 11, 11', 12, 12' und 13 gewährleistet wird.
Der platzsparende Aufbau und die dichte Pak- kungsmöglichkeit bei einer nach dem erfindungsge mässen Verfahren hergestellten Verdrahtung ist in Fig. 7 in stark vergrössertem Massstab veranschaulicht. Der Magnetkern 14, der in der Grundplatte 15 eingebettet ist, wird von drei leitenden Schichten 11, 12, 13 durchzogen, welche durch die isolierenden Schichten 20 bzw. 21 voneinander getrennt sind. Die Leiter 11 und 13 können, gleich wie im Ausfüh rungsbeispiel nach Fig. 6, verschiedenen Stromkreisen angehören, während z. B. der Leiter 12 eine Ab schirmung darstellen kann.
Die Dicke der Schichten 11, 12, 13, 20, 21 ist zum Zwecke der zeichnerischen Verdeutlichung zu gross im Verhältnis zum Kern durchmesser angegeben, so dass die tatsächlichen Ver hältnisse noch günstiger liegen.
Fig.8 veranschaulicht in perspektivischer An sicht die Anbringung von Widerstandselementen 23 in einer nach dem Verfahren hergestellten Ver- drahtung, welche hier durch die Leiterstücke 22, 22' und 22" versinnbildlicht ist. Die Widerstandselemente 23 können entweder nach einem herkömmlichen Ver fahren auf der Grundplatte oder dem Schichtträger 20 aufgebracht, oder aber zweckmässigerweise unter Verwendung einer Maske mit geeigneten Aussparun gen aufgedampft oder aufgestäubt werden.
Fig.9 dient der Veranschaulichung eines ande ren, nach dem erfindungsgemässen Verfahren her gestellten Produktes. Der Körper 25 ist in der bei spielsmässigen Ausführungsform mit vier Löchern 24, 24', 24", 24"' versehen. Diese Löcher sind von unabhängigen, verschiedenen Stromkreisen angehöri gen Leitern 27, 28, 29 und 30 durchzogen, die teils auf der Vorderseite, teils auf der Rückseite des Körpers 25 verlaufen. Im Gegensatz zu der in Fig. 6 veranschaulichten Ausführungsform sind hier die Leiter nicht auf einem separaten Schichtträger, son dern bei 27a, 28a usw. direkt auf den Wänden der Löcher 24, 24', 24", 24"' im Grundkörper 25 auf gebracht, von welchem angenommen sei, dass er zu reichendes Isolationsvermögen besitzt.
Die Auf- dampfung der auf der Vorderseite und Rückseite des Körpers 25 verlaufenden Leiterstücke erfolgt in aufeinanderfolgenden Arbeitsgängen oder im glei chen Arbeitsgang dadurch, dass die Bedampfung von beiden Seiten her gleichzeitig geschieht, nachdem der Körper 25 auf beiden Seiten mit .einer entspre chenden Abdeckmaske versehen worden war. Die in den Löchern verlaufenden Leiterabschnitte (z. B.
27a und 28a) werden in der oben beschriebenen Weise durch überlappung zweier durch Bedampfung von der Vorder- und der Rückseite der Löcher her erzeugten Streifen zu unterbrechungslosen Leitern gemacht.
Fig. 10a, b, c veranschaulichen in zwei Schnitten und einem Grundriss eine spezielle, zur Verwendung bei dem erfindungsgemässen Verfahren entwickelte Maske, welche im Gegensatz zu den im obigen erläuterten Ausführungsformen dazu bestimmt ist, direkt auf den Schichtträger 15 gelegt zu werden. Die Maske 16 besteht aus zwei gegeneinander ver schiebbaren Teilen 16a und 16b, um einerseits über die im Schichtträger 15 eingebetteten Kerne 14, 14' gelegt werden zu können (die Teile 16a und 16b sind hierbei teilweise übereinander geschoben) und anderseits ein Hineingreifen in die Öffnungen der Kerne 14 und 14' zu ermöglichen.
Die Maskenteile 16a und 16b sind pro Kern mit je zwei lotrechten Lappen 26a und 26b versehen, welche dazu dienen, die auf den Kernen selbst sich bildenden Nieder schläge so zu begrenzen, dass keine Kurzschluss- windungen entstehen können.
In der beispielsweisen Ausführungsform sind die Maskenteile noch zusätzlich mit kleinen Lappen 27 versehen, um die Stossfugen abzuschirmen, welche innerhalb der Kernöffnungen zwischen den beiden aneinandergeschobenen Maskenteilen 16a und 16b entstehen.
Das bei vorliegender Erfindung vorzugsweise be- nutzte Aufdampfen im Vakuum bietet gegenüber anderen Methoden zur Aufbringung von dünnen Schichten (Kathodenzerstäubung, Spritzverfahren, Stäubungsverfahren) den Vorteil einer schärferen Abbildung der Aussparungen der Maske sowie eines besseren Haftens der gebildeten Schicht auf der Unterlage.