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PATENTANSPRÜCHE
1. Einrichtung zum Auftragen von Überzügen durch elektrische Folienexplosion, die ein Gehäuse (1) enthält, an dem eine Vorrichtung zur Zuführung von Erzeugnissen (19) eine Vorrichtung zur Zuführung der explodierenden Folie (6), eine Elektrodenanordnung (11), die sich längs ihrer Achse verschiebt und eine Einheit zur Reinigung der Elektroden besitzt, sowie Leitdüsen (14) angebracht sind, die den Strom der Explosionsprodukte auf die Erzeugnisse (19) leiten und sich aus der Arbeitsposition in die Reinigungsposition in einer Querebene periodisch verlagern, die zur Achse der Leitdüsen (14) senkrecht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitdüsen (14) längs ihrer Achse verschiebbar angeordnet und mit einem elastischen Element (14a) versehen sind,
wobei die Einrichtung eine Vorrichtung zur Reinigung der Leitdüsen (14) besitzt, die mit einer Vorrichtung zur Verlagerung derselben aus der Arbeitsposition in die Reinigungsposition verbunden ist, während die Elektrodenanordnung (11) in Form einer koaxialen Einheit mit einer sich längs ihrer Achse verschiebenden zentralen Elektrode (22) ausgeführt ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ist, dass die Vorrichtung zur Reinigung der Elektrodenanordnung (11) als flaches Messer ausgebildet ist, das in der Ebene verschiebbar ist, die mit der Arbeitsfläche der Elek trodenanordnung (I I) zusammenfällt.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der zylindrischen Oberfläche der Leitdüsen (14) Bohrungen (20) zum Austritt der reflektierenden Stosswelle ausgeführt sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitdüsen (14) in Fanggehäuse (21) eingesetzt sind, die mit dem zu behandelnden Erzeugnis kontaktieren und seine Orientierung in bezug auf die Leitdüsen (14) in einer vorgegebenen Stellung gewährleisten.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Auftragen von Überzügen durch elektrische Folienexplosion, die ein Gehäuse enthält, an dem eine Vorrichtung zur Zuführung von Erzeugnissen, eine Vorrichtung zur Zuführung der explodierenden Folie, eine Elektrodenanordnung, die sich längs ihrer Achse verschiebt und eine Einheit zur Reinigung der Elektroden besitzt, sowie Leitdüsen angebracht sind, die den Strom der Explosionsprodukte auf die Erzeugnisse leiten und sich aus der Arbeitsposition in die Reinigungsposition in einer Querebene periodisch verlagern, die zur Achse der Leitdüsen senkrecht ist.
Bekannt ist die Technik des Auftragens von Mittelüberzügen auf Erzeugnisse, genauer auf Ausrüstungen zur lokalen Metallisierung vorwiegend von Erzeugnissen der elektronischen Technik.
Die Erfindung kann in verschiedenen Industriezweigen angewendet werden, wo die Herstellung von Metallüberzügen begrenzter Fläche in Form von Flecken verschiedener Geometrie erforderlich ist, insbesondere in der elektrotechnischen Industrie, im Gerätebau u.a.
Am zweckmässigsten wird die vorliegende Erfindung zur lokalen Herstellung eines Goldüberzugs an Gehäusen von Halbleitergeräten und integrierten Mikroschaltungen verwendet.
Zur Zeit sind nach Aufbau und Wirkungsweise verschiedene Anlagen zum lokalen Auftragen von Metallüberzügen an Erzeugnissen bekannt.
Eine der bekanntesten Anlagen Carousel beruht auf dem Prinzip des galvanischen Abscheidens von Metallen.
Die Anlage enthält ein Bad mit einem Elektrolyt, der durch die Düsenanodeujenen Zonen der Erzeugnisse zugeführt wird, auf die der Uberzug aufgetragen werden soll. Die Lokalisation des Überzugs wird durch Anwendung von besonderen Gummischablonen gewährleistet. Zu den Hauptnachteilen dieser Anlage gehören die notwendige Verwendung von schnell sich abnutzenden Gummi-Maskenschablonen, der ablaufende nasse galvanische Prozess, der eine vorläufige und eine nachfolgende (dem Metallisierungsvorgang nachfolgende) Behandlung des Erzeugnisses (Ätzung, Spülungen, Trocknung u. dgl.) erfordert sowie entsprechende Ausrüstungen voraussetzt, hohe Energieintensität des Prozesses. Ausserdem kann mit Hilfe der Carousel -Anlage der lokale Überzug nur auf flache Einzelteile in der Art von Ausführungsrahmen aufgetragen werden.
Bekannt sind ferner Anlagen zum lokalen Auftragen eines Goldüberzuges auf Metall-Glas-Gehäuse von Halbleitergeräten und integrierten Schaltungen. Zu den Nachteilen dieser Anlagen gehören die Unmöglichkeit der grösstmöglichen Lokalisation des Überzugs durch Gummi-Maskenschablonen (d. h. des Aufgragens des Überzugs nur in der Zone der Kristallötung sowie alle die Nachteile, die dem galvanischen Prozess eigen sind und vorerwähnt wurden.
Ausserdem können die Hilfe der vorgenannten Anlagen hauptsächlich Gold- sowie einige andere Überzüge aufgetragen werden, für die erprobte technologische Prozesse und Elektrolyte bekannt sind, wogegen beispielsweise Molybdän überzüge nicht hergestellt werden können. Schliesslich lassen sich mit diesen Anlagen nur Überzüge an stromleitenden Erzeugnissen auftragen.
Somit gewährleisten die genannten Anlagen keine optimale Lokalisation des Überzugs, setzen die Anwendung einer Reihe von Hilfsprozessen und -ausrüstungen voraus, sind eng spezialisiert hinsichtlich der Typen von aufzutragenden Überzügen und zu behandelnden Erzeugnissen.
Am aussichtsreichsten sind wegen der wegfallenden Hilfsprozesse und -ausrüstungen sowie infolge ihrer Universalität in bezug auf die Werkstoffe für die herzustellenden Überzüge und die zu behandelnden Erzeugnisse Einrichtungen zum Auftragen von Metallüberzügen durch elektrische Folienexplosion, die im weiteren näher erläutert werden.
Bekannt sind verschiedene Einrichtungen zum Auftragen von Metallüberzügen durch elektrische Folienexplosion.
Diese Einrichtungen enthalten ein Elektrodensystem, das zur Stromzuführung zur explosierenden Folie dient, Vorrichtungen zur Zuführung von Trägern, auf die der Überzug kommt, sowie eine Vorrichtung zur Zuführung des explodierenden Materials. Diese Einrichtungen besitzen ferner Düsen, die den Strom von Explosionsprodukten leiten. Zur Lokalisation des Überzugs werden in diesen Einrichtungen meist Masken verwendet. Die Einsatzzahl dieser Masken ist meist gering und beträgt 20-50 Explosionen. An den Wänden der Leitdüsen setzen sich ab und sammeln sich an Explosionsprodukte, weshalb sie nach allen 100-200 Explosionen abgenommen und gereinigt werden müssen.
Ausserdem sind die Träger die einen Überzug bekommen, in den bekannten Einrichtungen in einem bestimmten Abstand vom Endquerschnitt der Düse angeordnet, wodurch ein Teil des Stroms der Explosionsprodukte vom Träger reflektiert wird, was den Ausnutzungsgrad des explodierenden Materials verringert. Dadurch nimmt die Produktivität der Einrichtungen ab, ausserdem falls das Überziehen mit Edelmetallen notwendig ist lassen sie sich wegen des niedrigen Ausnutzungsgrades des explodierenden Materials nicht verwenden.
Bekannt ist eine Einrichtung zum Auftragen von Überzügen durch elektrische Folienexplosion die vorwiegend zum Auftragen von Überzügen auf den Flansch und die Stirnflächen der Anschlüsse der Gehäuse von Halbleitergeräten bestimmt ist. Die Einrichtung enthält ein Gehäuse mit in ihm untergebrachten Vorrichtungen zur Zuführung von Gehäusen von Halbleitergeräten, zur Zuführung des aufzutragenden Materials zur Arbeitsposition sowie Arbeitselektroden. Die Lokalisation des Überzugs wird in dieser Einrichtung durch Anwendung eines Maskierbandes gewährleistet, das mit Hilfe einer besonderen Einheit zugeführt wird.
Das Sammeln der vom Träger reflektierten Explosionsprodukte geschieht mittels Schutzschirmen. Der Nachteil dieser Einrichtung ist, dass der lokale Überzug nur auf vorspringende Teile (Anschlüsse) der Gehäuse von Halbleitergeräten aufgetragen werden kann. Zum Auftragen des Überzugs nur auf den flachen Flansch des Gehäuses in Gestalt eines Flecks der erforderlichen Geometrie unter Gewährleistung des Schutzes der Stirnenden von Anschlüssen ist die bekannte Einrichtung ungeeignet. Ausserdem erzwingt das Ansammeln des explodierenden Materials an den Arbeitselektroden und den Leitdüsen ein periodisches Abbrechen des Prozesses des Auftragens des Überzugs und die Auswechslung bzw.
Reinigung von Elektroden und Düsen, was die Arbeitsleistung der Einrichtung verringert. Der bestehende Spalt zwischen den Leitdüsen und den Gehäusen der Haibleitergeräte, auf die der Überzug aufgetragen wird, führt zur Reflektierung eines Teils der Explosionsprodukte und hierdurch bewirken Reduzierung des Ausnutzungsgrades des explodierenden Materials, was bei Benutzung von Edelmetallen zur Folienexplosion vollkommen unzulässig ist.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung der erwähnten Nachteile der beschriebenen Anlagen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Auftragen von Überzügen durch elektrische Folienexplosion mit einer solchen konstruktiven Ausführung zu schaffen, die eine optimale Lokalisation des Überzugs, eine Erhöhung der Arbeitsleistung und Verbesserung der Überzugsqualität gewährleistet.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Leitdüsen längs ihrer Achse verschiebbar angeordnet und mit einem elastischen Element versehen sind, wobei die Einrichtung eine Vorrichtung zur Reinigung der Leitdüsen besitzt, die mit einer Vorrichtung zur Verlagerung der Düsen aus der Arbeitsposition in die Reinigungsposition verbunden ist, während die Elektrodenanordnung in Form einer koaxialen Einheit mit einer sich längs ihrer Achse verschiebenden zentralen Elektrode ausgeführt ist.
Die Vorrichtung zur Reinigung der Elektrodenanordnung ist zweckmässigerweise als flaches Messer ausgebildet, das in der Ebene verschiebbar angeordnet ist, die mit der Arbeitsfläche der Elektrodenanordnung zusammenfällt, während an der zylindrischen Düsenoberfläche Bohrungen zum Austritt der reflektierten Stosswelle ausgeführt sind.
Die Leitdüsen können in Fanggehäuse eingesetzt sein, die mit dem zu behandelnden Erzeugnis in Kontakt treten und dessen Orientierung in bezug auf die Düse in einer vorgegebenen Stellung gewährleisten.
Eine solche konstruktive Ausführung der Einrichtung gewährleistet das Auftragen eines lokalen Überzugs auf Erzeugnisse mit hoher Leistung und Überzugsqualität.
Das Wesen der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass während der Arbeit der Einrichtung die Leitdüse in der Arbeitsposition, indem sie sich unter Einwirkung der nach vorn bewegten Elektrodenanordnung gleichfalls nach vorn verschiebt, mit ihrem Endquerschnitt dicht an das zu behandelnde Erzeugnis angedrückt wird, wodurch der innere Querschnitt den Überzug lokalisiert und ein hoher Transportfaktor des explodierenden Materials gewährleistet wird.
Der Transportfaktor ist dem Verhältnis der Masse des abgeschiedenen Materials zur Masse des explodierenden Materials gleich.
Zum Austritt der reflektierten Stosswelle können an der zylindrischen Düsenoberfläche Bohrungen vorgesehen sein.
Bei deren Fehlen und luftdichten Anliegen der Düse gleichzeitig an der Elektrodenanordnung einerseits und an dem zu behandelnden Erzeugnis andererseits, verhindert die Stosswelle, indem sie sich vom zu behandelnden Erzeugnis reflektiert und mit dem Strom der Explosionsprodukte zusammenwirkt, das Abscheiden derselben am Erzeugnis und entsprechendes Ausbilden des Überzugs. Wenn an die Lokalisation des Überzugs nicht strenge Anforderungen gestellt werden und keine Mangelware als Werkstoff für die Überzugs herstellung benutzt wird, kann ein Spalt zwischen dem Endquerschnitt der Düse und dem zu behandelnden Erzeugnis gelassen werden, wobei die Dichtigkeit der Stosswelle Düse-Elektrodenanordnung beibehalten wird.
Hierbei werden die Bohrungen an der zylindrischen Düsenoberfläche nicht mehr notwendig, die Stosswelle tritt in den erwähnten Spalt aus.
Bei jeder Explosion setzen sich an den Wänden des Düsenkanals die Explosionsprodukte ab, die indem sie sich ansammeln, die Kanalgeometrie verändern, was eine beträchtliche Verringerung des Transportfaktors des explodierenden Materials zur Folge hat. Zur Vermeidung dieser Erscheinung wird der Kanal der sich in der Reinigungsposition befindenden Leitdüse von den an seinen Wänden abgesetzten Explosionsprodukten durch die Vorrichtung zur Düsenreinigung periodisch gereinigt.
Die Elektrodenanordnung in Form einer koaxialen Einheit gewährleistet eine gleichmässigere Dispergierung der explodierenden Folie und demnach auch einen nach Stärke und Rauhigkeit gleichmässigeren Überzug, während die Verschiebung der zentralen Elektrode die Erosion während der Arbeit kompensiert, wobei eine gleichbleibende Geometrie der Elektrodenanordnung und die Stabilisierung des Prozesses gewährleistet werden.
Die vorhandene Vorrichtung zur Reinigung der Elektrodenanordnung z. B. in Gestalt eines flachen Messers, das über die Arbeitsfläche der Elektrodenanordnung gleitet, gewährleistet die Entfernung der Explosionsprodukte von den Stirnflächen der Elektroden, welche sich während der Arbeit an diesen ansammeln. Bei Fehlen einer solchen Vorrichtung erfordert das Ansammeln der Explosionsprodukte an den Elektroden eine ständige Explosionsenergieverstärkung, was zur verstärkten Erosion der gesamten Elektrodenanordnung führt.
Die Anordnung der Leitdüsen in den Fanggehäusen ge währleistet die Orientierung des zu behandelnden Erzeugnisses in bezug auf die Leitdüse in einer vorgegebenen Stellung.
Dank der erfindungsgemäss vorgeschlagenen Konstruktion gestattet es die Einrichtung, ohne Anwendung von Masken lokale Überzüge auf verschiedene Erzeugnisse bei hoher Leistung und guter Überzugsqualität aufzutragen. Insbesondere gestattet die Anwendung derselben zur lokalen Vergoldung von Gehäusen von Halbleitergeräten, den Goldverbrauch um das 10 bis 30fache (je nach Gehäusetyp) zu reduzieren.
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und beiliegenden Zeichnungen verständlich; in den Zeichnungen zeigt Fig. 1 Gesamtansicht der Einrichtung zum Auftragen von Überzügen, gemäss der Erfindung;
Fig. 2 Einheit zum unmittelbaren Auftragen des Über zugs:
Fig. 3 koaxiale Elektrodeneinheit.
Die Einrichtung (Fig. 1) besteht aus einem Gehäuse 1, an dem funktionale Hauptmechanismen montiert sind, und ei nem elektrischen Antrieb 2. Eine Vorrichtung zur Zuführung von Erzeugnissen besteht aus einer vertikalen Führung 3 und einem Karussel 4 mit Sitzen für die Erzeugnisse. Die vertikale Führung 3 dient zum Laden der Erzeugnisse in die Sitze des Karussels 4. Das Karussel 4 ist mit dem elektrischen Antrieb 2 der Einrichtung über Zahnradpaare und Malteserkreuzgetriebe kinematisch verbunden. Eine Vorrichtung zur Zuführung der explodierenden Folie schliesst eine Spule 5 mit einer auf diese aufgewickelten Folie 6, eine Führung 7 und eine mit ihrer zylindrischen Oberfläche an sie angedrückte elastische Rolle 8 ein, die sich auf der gleichen Achse mit einem Zahnrad 9 befindet, welches von einer Zahnstange 10 betätigt wird.
Eine Elektrodenanordnung 11 befindet sich in einem Stössel, der mit dem elektrischen Antrieb 2 kinematisch verbunden ist. Eine Einheit zur Reinigung der Elektroden besteht aus einem Messer 12, das in einer Gabel 13 befestigt ist, und einem Gestänge. Leitdüsen 14 sind an einem Karussel 15 angebracht, das sie aus der Arbeitsposition in die Reinigungsposition verlagert, und sind mit einem elastischen Element 14a versehen. Das Karussel
15 ist ebenfalls mit dem Antrieb über Zahnradpaare und ein Malteserkreuzgetriebe verbunden. Die Vorrichtung zur Reinigung der Leitdüsen 14 besteht aus einem Elektromotor 16, auf dessen Achse ein Werkzeug 17 befestigt ist und de auf einer Stange 18 beweglich angebracht ist. Das Werkzeug 17 ist in Form eines Schneidbohrers ausgeführt. Der Elektromotor 16 kann sowohl von einem Gesamt- als auch einem Einzelantrieb verschoben werden.
In Fig. 2 ist ein Erzeugnis 19 im Sitz des Karussels 4 und die Leitdüse 14 mit Bohrungen 20 zum Austritt der Stosswelle dargestellt. Ein Fanggehäuse 21 stellt ein Teil dar, in dem die Leitdüse 14 angeordnet ist, das mit dem zu behandelnden Erzeugnis kontaktiert und es in bezug auf die Leitdüse orientiert.
In Fig. 3 ist eine koaxiale Elektrodenanordnung dargestellt, das aus einer bewegten zentralen Elektrode 22, einer äusseren Ringelektrode 23, einem die Elektroden isolierenden Isolator 24, einer Gewindebuchse 25 und einer Mutter 26 besteht.
Die Einrichtung arbeitet folgenderweise.
Die explodierende Folie 6 wird von der Spule 5 abgewikkelt, ihr freies Ende wird in die Führung 7 eingelegt, die Folie wird von der Rolle 8 erfasst und durch Drehung des Zahnrades 9 auf die Arbeitsfläche der Elektrodenanordnung 11 geleitet, derart, dass ihr Ende die äussere Ringelektrode 23 berührt. Die Erzeugnisse werden in die vertikale Führung 3 aus einer Kassette bzw. einem Vibrobunker geladen. Bei Drehung des Karussels 4 um 90 wird das Erzeugnis aus der Ladeposition in die Arbeitsposition gebracht. Der Stössel der Elektrodenanordnung 11 führt einen Hub nach vorn, dann rückwärts aus, beim Rückwärtsgang tritt die Zahnstange 10 mit dem Zahnrad 9 in Eingriff, das um einen be stimmten Winkel gedreht wird, die explodierende Folie 6 wird um einen Schritt vorgeschoben und überdeckt die Elektroden.
Danach dreht sich das Karussel 15 um 90, und eine der Leitdüsen 14 stellt sich in der Arbeitsposition gegenüber dem das zu behandelnde Erzeugnis aufnehmenden Sitz des
Karussels 4 ein. Der Stössel der Elektrodenanordnung führt erneut einen Vorwärtsgang aus, wobei die Elektrodenanordnung an die Stirnfläche der Leitdüse angedrückt wird, die die explodierende Folie an die Elektroden anpresst und sich nach vorn bewegt, indem sie das elastische Element 1 4a zusammendrückt und sich mit ihrem Endquerschnitt gegen das zu behandelnde Erzeugnis abstützt. Hierbei tritt das Fanggehäuse 21 mit dem Erzeugnis in Kontakt und orientiert es in bezug auf die Leitdüse 14 (die in Fig. 2 dargestellte Lage).
Im Augenblick des maximalen Andrückens wird der Hochspannungskondensatorblock über die Elektroden entladen, es findet die explosive Zerstörung der Folie statt, der Strom von Explosionsprodukten wird durch die Düse auf das Erzeugnis geleitet und setzt sich auf einem Teil desselben ab, der vom Innendurchmesser der Düse begrenzt ist. Gleichzeitig tritt in die zweite Düse, die sich in der Reinigungsposition befindet, das Werkzeug ein welches auf eine beliebige bekannte Weise ausgeführt sein kann, wird vom Elektromotor
16 in Drehung versetzt und reinigt den Düsenkanal.
Hiernach dreht sich das Karussel 4 erneut um 900 um, das Erzeugnis mit dem aufgetragenen Überzug wird aus dem Sitz ausgeladen; das Karussel 15 dreht sich ebenfalls um 90 um. Gleichzeitig führt der Stössel der Elektrodenanordnung eine Rückbewegung aus; das Messer 12 bewegt sich von oben nach unten über die Arbeitsfläche der Elektrodenanordnung, wobei es sie von den Resten des explodierenden Materials reinigt. Während der Arbeit der Einrichtung findet die Erosion der zentralen Elektrode statt, deren Kompensation durch periodisches Drehen der Mutter 26 erfolgt.
Hierbei bewegt sich die Buchse 25, in die die zentrale Elektrode 22 eingepresst ist, nach vorn. Im weiteren wiederholt sich der Zyklus.
Die vorliegende Einrichtung kann eine gegenüber den bekannten Einrichtungen viermal so hohe Arbeitsleistung dank vorgesehenen Operationen der Reinigung von Düsen und Elektrodenanordnung innerhalb eines Arbeitszyklus sowie dank der Lokalisierung des Überzugs nicht mittels einer Maske, sondern mit Hilfe einer sich andrückenden Düse sowie dank der ermöglichten Kompensation der Erosion der zentralen Elektrode durch Vorbewegen derselben besitzen.
Die vorhandenen sich andrückenden Düsen erhöhen den Ausnutzungsgrad des explodierenden Materials um mehr als das 10fach.
Die Einrichtung kann in Form eines Automaten für lokale Vergoldung realisiert werden und gestattet es, den Goldverbrauch bei der Herstellung von Gehäusen integrierter Mikroschaltungen im Mittel um das 20fache zu verringern.