DE1021081B - Verfahren zur Herstellung von Kontaktdraehten fuer Halbleiteranordnungen, insbesondere fuer Transistoren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Kontaktdrähten für Halbleiteranordnungen, insbesondere für Transistoren.

Wesentliche Bestandteile der einen Gruppe der in der Nachrichtentechnik üblichen Halbleiteranordnungen bilden Halbleiterkristalk, z. B. aus Germanium, Silizium u. dgl., und mit diesen Kristallen zusammenarbeitende Kontaktdrähte oder Kontaktnadeln.

Die unter dem Namen »Nadeltransistore« bekannten Kristallverstärker weisen zwei Kontaktnadeln und eine den elektrischen Anschluß ermöglichende sogenannte Basiselektrode auf.

Bei der Fabrikation der mit Nadeln arbeitenden Transistoren 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 Abmessungen stark beschränkt, andrerseits aber müssen die Nadeln eine mechanische Festigkeit aufweisen, welche die Anwendung entsprechend großer Auflagedrücke der Nadeln an der Oberfläche des Kristalls 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 bis 50 Mikron betragen darf. Eine Vorbedingung der guten Arbeitsweise der mit Nadeln arbeitenden Kristallverstärker ist ferner ein Krümmungsradius der Nadelspitzen, der höchstens 3 bis 5 Mikron beträgt. Es wurden Kontaktnadeln für Kristallverstärker aus einem Draht von z. B. 0,13 mm Durchmesser auf 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 mechanischen Abzwickens deformiert wird, so daß der Krümmungsradius der Nadelspitze nicht reproduziert werden kann. Andrerseits reicht die Steifheit des Phosphorbronzedrahtes nicht aus, um die Nadel mit einem genügend starken Druck gegen die Fläche des Kristalls zu drücken. Der beim Abzwicken entstehende Grat kann von der Nadelspitze nur im Laufe eines recht umständlichen Polierverfahrens entfernt werden.

Einen größeren Auflagedruck der Nadel am Kristall ermöglichen die aus Wolfram- oder Molybdändraht hergestellten Kontaktnadeln. Die Spitze solcher Verfahren zur Herstellung von Kontaktdrähten

für Halbleiteranordnungen, insbesondere für Transistoren

Anmelder:

Egyesült Izzolämpa es Villamossagi Reszvenytarsasäg, Budapest

Vertreter: Dipl.-Ing. W. Meissner, Berlin-Grunewald, Herbertstr. 22, und Dipl.-Ing. H. Tischer, München 2, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität: Ungarn vom 7. Oktober 1955

Tämas Bän, Zalän Bodo und Dr. Ivan Szep, Budapest, sind als Erfinder genannt worden

Nadeln kann jedoch nicht durch das besagte Abzwickverfahren hergestellt werden, da hierbei im spröden Material sehr leicht Risse entstehen würden.

Es ist bekannt, aus Wolfram oder Molybdän hergestellte Kontaktnadeln mittels eines elektrolytisch«! Verfahrens herzustellen. Mit Hilfe der bekannten Verfahren gelang es bisher 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 eingestellt werden konnten. Die Kontaktnadeln dieser Art eigneten sich nur für Gleichrichter. Der bei dem bekannten Verfahren verwendete Elektrolyt bestand aus kupferchloridhaltiger oder reiner Kalilaugenlösung, wobei der Wolframdraht vor dem elektrolytischen Behandeln in der Regel mit Thoriumdioxyd überzogen werden mußte. Das Kupferchlorid, diente zur Stabilisierung des Meniskus des Elektrolyten. Dem gleichen Zweck diente auch die Verwendung des Thoriumdioxyds.

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Das Verfahren eignet sich nicht zur reproduzierbaren Herstellung von Kontaktnadeln mit schrägem Schnitt, da die Form und der Krümmungsradius der Nadelspitze starken Schwankungen unterliegt.

Zweck der Erfindung ist, die besagten Nachteile zu vermeiden und Kontaktnadeln mit schrägem Schnitt reproduzierbar herzustellen.

Gegenüber den bekannten Verfahren zur Herstellung von Kontaktdrähten für Halbleiteranordnungen,

lytisch behandelte Nadel. Die Nadel wurde bei der Herstellung in dat. Elektrolytbad unter einem Winkel von 60° eingetaucht. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist die Fläche 9 der Nadel 8 vollständig gleichmäßig. 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 Transistoren bestens geeignet, da die

insbesondere für Transistoren, werden erfindungs- io Nadelspitzen 10 in beliebig kleinem Abstand vonein-

gemäß Kontaktdrähte aus Wolfram oder Molybdän ander auf die Oberfläche des Kristalls aufgelegt wer-

unter einem Winkel, der kleiner als 90°, jedoch größer den können.

als 45° ist, in einen Elektrolyten eingetaucht und in Nachstehend werden einige Beispiele für die Herdiesem anodisch behandelt und dem Elektrolyten stellung von Kontaktnadeln nach der Erfindung anwerden als Hauptkomponente Phosphorsäure oder 15 gegeben,
wasserlösliche Phosphate zugesetzt. Bei so i el 1

Es werden Gegenelektroden vorteilhaft aus Platin

angewendet. Die Gegenelektrode ist z. B. drahtförmig. Die auf die gewünschte Länge zugeschnittenen, aus

und der Platindraht ist vorteilhaft in Form eines Wolfram- oder Molybdändraht hergestellten Nadeln,

Ringes vorgesehen. Bei gleichzeitiger Behandlung von 20 deren Durchmesser etwa 0,13 bis 0,15 mm beträgt,

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

werden mit hierzu geeigneten bekannten Lösungsmitteln entfettet. Die im Laufe des Herstellungsverfahrens des Drahtes an der Oberfläche des Wolframs bzw. Molybdäns gebildete Oxydschicht sowie die

bis 15 mm eine Platingegenelektrode angeordnet und hierauf die Zelle für die Zeitdauer von etwa 1 bis 2 Sekunden an eine Wechselspannung von 18 bis 20 Volt geschaltet. Sodann werden die so behandelten

stehen, also die Nadel durch den Mittelpunkt des 25 beim Ziehen des Drahtes entstandenen Unebenheiten

durch den Platindraht gebildeten Ringes geht. Statt der Oberfläche werden z. B. mittels elektrolytischen

Platindraht kann natürlich auch ein Platinband ver- Polierens entfernt. Zu diesem Zweck werden die Na-

wendet werden. Es sind auch andere an sich bekannte dein vorteilhaft an Trägern aus Nickel angelötet, so-

Formen der Gegenelektrode brauchbar. dann in eine 2O°/oige KOH-Lösung eingetaucht und

Die Längsachse der Nadel schließt mit dem Flüssig- 30 gegenüber den Nadeln in einem Abstand von etwa 10 keitsspiegel des Elektrolyten einen Winkel ein, der
kleiner ist als der rechte Winkel, jedoch größer als
45°. Vorteilhaft werden die Nadeln unter einem Winkel von 60° in den Elektrolyten eingetaucht, wobei

die Nadelspitze etwa 1 bis 2 mm unter dem Flüssig- ₃₅ Drahtstücke dem Verfahren nach der Erfindung unter-

keitsspiegel liegt. worfen. Die Drahtstücke werden unter einem Nei-

Der beim Verfahren gemäß der Erfindung anzu- gungswinkel von etwa 60^c in eine der oben beschriewendende Elektrolyt kann aus reiner Phosphorsäure benen Elektrolyten, also z. B. vorteilhaft in eine bestehen, deren Konzentration 60 bis 80°/», vorteil- 70%ige Phosphorsäurelösung eingetaucht. Das Maß haft 65 bis, 7O°/o beträgt. Es kann jedoch auch irgend- 40 des Eintauchens beträgt 1 bis 2 mm. Als Gegenelekeine wasserlösliche Phosphatsalzlösung angewendet trode wird ein Platindraht in der oben bereits bewerden, z. B. Kalium- oder Natriumdihydrophosphat- schriebenen Form \-erwendet. Die Nadeln werden als lösung, wobei neben dem Salz der Elektrolyt vorteil- Anode geschaltet und die Zelle unter eine Gleichspanhaft auch eine Lauge enthält. In bestimmten Fällen nung von etwa 110 Volt gesetzt. Die Behandlung wird kann es vorteilhaft sein, der Lösung Kalium- oder 45 so lange fortgesetzt, bis die Stromstärke von dem an-Natriumfluorid zuzusetzen. Es kann eventuell auch fänglichen, etwa 20 bis 30-mA-Maß auf ungefähr 0 Kaliumchromat zugesetzt werden. heruntersinkt. Auf diese Weise werden Nadeln er-

Weitere Einzelheiten des Verfahrens nach der Er- halten, bei welchen die Schnittfläche 9 (s. Fig. 3 a, 3 b)

findung werden an Hand der Figuren der Zeichnung eine regelmäßige Ellipse ist. Nach dem Aufsetzen auf

erklärt. In der Zeichnung zeigen die Fig. la und Ib ₅₀ den Kristall berühren diesen nur die Spitzen 10 der

in zwei verschiedenen Seitenansichten eine Phosphorbronzenadel, die durch Abzwicken der Spitze hergestellt worden ist. Die Zeichnung zeigt es klar, daß am abgezwickten Ende 5 der Nadel 4 Grate entstehen und

gleichzeitig auch die Spitze deformiert wird, so daß 55 nehmen, um die im Laufe der elektrolytischen Behanddie ganze, durch Abzwicken erzeugte Fläche ungleich- lung entstandene Oxydschicht von den Nadeln zu entmäßig· ist, «daher kann die so hergestellte Nadel für
Kristallverstärker aus den oben bereits angegebenen
Gründen nicht verwendet werden.

Die Fig. 2 a und 2b zeigen eine aus Wolframdraht 60
hergestellte Nadel in zwei Seitenansichten. Die durch
Ätzen entstandene Fläche 7 der Nadel 6 ist ebenfalls
ungleichmäßig. Da die Flächen 7 im allgemeinen bei
jeder Nadel anders ausfallen werden, ist dieses Verfahren nicht reproduzierbar, also für die Herstellung 65 lung zu unterwerfenden Kontaktnadeln werden ebenvon Kontaktnadeln von untereinander gleicher Nadel- falls an einem Nickelträger befestigt, nachdem sie spitze ungeeignet. vorgereinigt wurden und in einen Elektrolyten ge-

Die Fig. 3a und 3b zeigen in zwei verschiedenen taucht, dessen Zusammensetzung die folgende ist:

Nadeln, welche in der Mantelfläche des zylindrischen Drahtes liegen.

Nach der elektrolytischen Behandlung wird man vorteilhaft noch ein nachträgliches Reinigen vorfernen. Diese Nachbehandlung kann ähnlich erfolgen, wie die oben beschriebene 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 elektrolvtischen Behand-

Seitenansichten eine aus Wolfram- oder aus Molvb-

15 bis 20% KH₀PO,,, 10 bis 15»/» KOH, Rest

dändraht hergestellte, gemäß der Erfindung elektro- 70 destilliertes Wasser.

Im übrigen erfolgt die Behandlung, wie an Hand des Beispiels 1 beschrieben, und auch die Zeitdauer der Behandlung wird dieselbe sein.

Beispiel 3

Die Behandlung erfolgt in gleicher Weise wie im Beispiel 2, jedoch wird ein Elektrolyt folgender Zusammensetzung angewendet:

17% NaH₂PO₄, 15% NaOH, 5 bis 10% KF, 0 bis 1% K₂CrO₄, Rest destilliertes Wasser.

Die besonderen Vorteile des Verfahrens nach der Erfindung bestehen darin, daß Kontaktnadeln für Kristallverstärker aus Wolfram oder Molybdän, also aus Stoffen hoher mechanischer Festigkeit, hergestellt werden können, ferner, daß die Spitze der nach dem Verfahren hergestellten Kontaktnadeln im zylindrischen Mantel des Drahtes, also in einer Erzeugenden dieses Zylinders liegt, wodurch die Einstellung eines beliebig kleinen Abstandes zwischen je zwei benachbarten Nadeln 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 Verfahren wesentlich einfacher, als die bisher angewendeten mechanischen Verfahren, und endlich wird durch das Verfahren die Möglichkeit gesichert, Kristallverstärker gleichmäßiger Güte herzustellen.

Claims (10)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Kontakt drähten für Halbleiteranordnungen, insbesondere für Transistoren, dadurch gekennzeichnet, daß Kontaktdrähte aus Wolfram oder Molybdän unter einem Winkel, der kleiner als 90°, jedoch größer als 45° ist, in einen Elektrolyten eingetaucht und in diesem anodisch behandelt werden und daß deren Elektrolyten als Hauptkomponente Phosphorsäure oder wasserlösliche Phosphate zugesetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kontaktdrähte aus Wolfram oder Molybdän in den Elektrolyten unter einem Winkel von etwa 60° eingetaucht werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Elektrolyt 60- bis 80%ige Phosphorsäure zugesetzt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Elektrolyt Kaliumoder Natriumdihydrophosphat zugesetzt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Elektrolyt eine 65-bis 70%ige Phosphorsäure zugesetzt wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt aus 15 bis 20% KH₂PO₄, 10 bis 15% KOH, Rest destilliertes Wasser zusammengesetzt wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt aus 17% NaH₂PO₄, 15% NaOH, 5 bis 10% KF, 0 bis 1% K₂CrO₄, Rest destilliertes Wasser zusammengesetzt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktdrähte vor der anodischen Behandlung an ihrer Oberfläche entfettet, sodann in einer Kalilauge elktrolytisch gereinigt und nach der anodischen Behandlung ebenfalls in einer Kalilauge elektrolytisch nachbehandelt werden.

9. Kontaktdraht für Kristallverstärker bzw. Transistoren, der nach einem Verfahren der Ansprüche 1 bis 8 hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktdraht aus Wolfram oder Molybdän besteht und eine im zylindrischen Mantel des Drahtes liegende Spitze aufweist, die durch eine zur Längsachse des Drahtes unter einem Winkel stehende Schnittfläche gebildet ist und dieser Winkel größer als 45°, jedoch kleiner als 90° ist.

10. Transistor, gekennzeichnet durch mindestens zwei Kontaktnadeln nach dem Anspruch 9.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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