DE1175342B

DE1175342B - Verfahren zum Kontaktieren von magnetfeld-abhaengigen Widerstaenden und Hallspannungserzeugern

Info

Publication number: DE1175342B
Application number: DEW27861A
Authority: DE
Inventors: Edmond H Borneman; Alfred Meyerhoff
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1959-05-15
Filing date: 1960-05-14
Publication date: 1964-08-06

Description

Verfahren zum Kontaktieren von magnetfeldabhängigen Widerständen und Hallspannungserzeugern Es ist bekannt, auf einer elektrisch isolierenden Unterlage Kontaktorgane nach einem zur Herstellung gedruckter Schaltungen bekannten Verfahren aufzubringen und an diese Kontaktorgane Widerstandskörper anzuschließen. Hierbei wird z. B. der Widerstand in Form eines Streifens einfach auf die Unterlage mit den Kontaktorganen aufgeklebt oder nach einem der üblichen Verfahren aufgespritzt.
Weiterhin ist es bekannt, in eine gedruckte Schaltung Widerstandskörper einzulegen. Diese Widerstandskörper werden zunächst mit metallischen Anschlußstellen versehen und dann in die gedruckte Schaltung eingesetzt.
Bei einer anderen bekannten Meßeinrichtung mit einer durch Aufdampfen einer Halbleiterschicht auf einer Trägerplatte hergestellten Hall-Sonde, die die Form eines Kreuzes mit an den Armenden desselben angebrachten elektrischenZuleitungsdrähten aufweist, überragen die Kreuzarme den magnetischen Aufzeichnungsträger so weit, daß die Anschlußstellen der Zuleitungsdrähte außerhalb des magnetisch erregten Bereiches des Aufzeichnungsträgers liegen.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kontaktieren von magnetfeldabhängigen Widerständen und Hallspannungserzeugern, die aus einem auf einer isolierenden Trägerunterlage aufgebrachten Halbleiterplättchen bestehen. Hierzu werden erfindungsgemäß die Kontaktbahnen, deren Anordnung auf der Unterlage in an sich bekannter Weise durch die Abmessungen des Widerstandskörpers bestimmt ist, nach einem zur Herstellung gedruckter Schaltungen bekannten Verfahren aufgebracht und das Halbleiterplättchen zwischen die Bahnen gelegt und unmittelbar an den diese Bahnen berührenden Kanten mit diesen verlötet.
Das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht es, ein einfaches Halbleiterplättchen, wie es beispielsweise von einem Block abgetrennt werden kann, ohne vorherige Kontaktierungsmaßnahmen unmittelbar auf die vorbereitete Unterlage aufzulegen und die Verbindung des Halbleiterplättchens mit den Elektroden in einem einzigen Arbeitsgang herbeizuführen.
Zweckmäßig ist es, zum Aufbringen der Kontaktorgane Schablonen zu verwenden oder die Kontaktorgane nach dem Lichtätzverfahren aufzubringen. Dadurch ist auch bei sehr kleinen Halbleiterplättchen eine gute Genauigkeit der Lage von Kontaktorganen gewährleistet.
Zum besseren Verständnis der Erfindung ist auf die Zeichnung Bezug genommen. Es zeigt F i g. 1 eine perspektivische Ansicht einer Unter-Jage mit einer auf einer Seite angeordneten Metallfolie, an der Abdeckstreifen angeordnet sind, F i g. 2 den in F i g. 1 dargestellten Gegenstand mit geätzter Metallfolie, F i g. 3 eine perspektivische Ansicht eines dünnen Halbleiterplättchens, F i g. 4 eine Draufsicht auf einen Hallspannungserzeuger, der auf einer Unterlage mit gedruckter Schaltung angebracht ist, F i g. 5 eine Unterlage mit gedruckter Schaltung in abgeänderter Form und F i g. 6 eine perspektivische Ansicht einer magnetfeldabhängigen Halbleiteranordnung.
Die in den F i g. 1 bis 6 gezeigten Gegenstände sind der Deutlichkeit halber stark vergrößert dargestellt.
In F i g. 1 ist eine metallisierte Unterlage 10 aus Isolierstoff dargestellt. Diese als Plättchen 12 ausgebildete Unterlage besteht aus Isoliermaterial, z. B. ausgehärtetem Gießharz, und einer Metallfolie 14, die auf dem Plättchen 12 angeordnet ist. Weiter ist eine Abdeckung 15 vorgesehen, die an den Stellen angebracht ist, an denen später die Kontaktorgane sitzen sollen.
Das Plättchen 12 kann aus irgendeinem geeigneten Harz, z. B. Phenolformaldehyd-, Melaminformaldehyd-, Harnstofformaldehyd-, Siloxan-, Polyester-, Epoxydharz, Silicongummi, einem linearen Polyamid, Polytetrafluoräthylen-, Trifluorchloräthylenharz oder Mischungen hiervon, bestehen. Das Harz kann auch Zusätze aus 5 bis 80 Gewichtsprozent eines Füllstoffes oder eines Gewebes, wie z. B. aus Asbestfasern, aus Glasfasern in loser, gewebter oder geknüpfter Form, aus Holzmehl, Ton, Kieselerde, Glimmerpulver und -flocken, Wollastonit u. dgl., enthalten. Ferner kann die Platte 12 eine keramische Platte, z. B. aus Zirkon-Porzellan oder Steatit, sein.
Die Metallfolie 14 kann aus irgendeinem geeigneten elektrisch leitenden Material, einer Metallmischung oder einer Legierung, z. B. aus Kupfer, Aluminium, Silber, Zinn, Bronze, Stahl, verzinntem Kupfer od. dgl., bestehen.
Auf der Metallfolie 14 wird ein bestimmtes Bild der elektrischen Schaltung erzeugt. Zweckmäßig geschieht dies durch Aufbringen einer Abdeckung aus einem säurebeständigen Harz unter Verwendung einer Schablone. Es können auch andere bekannte Verfahren, z. B. das Lichtdruckverfahren oder das Siebdruckverfahren, angewendet werden.
Wie in F i g. 2 dargestellt ist, wird eine auf eine Unterlage 110 gedruckte Schaltung aus einer Unterlage 10 nach F i g. 1 durch Wegätzen eines Teiles der nicht mit der Abdeckung 15 bedeckten Folie erzeugt. Die Herstellung der Unterlage 110 mit gedruckter Schaltung kann auch nach anderen Methoden einschließlich des Pressens von Leitern in das Isoliermaterial und anderen bekannten Verfahren zur Herstellung von Unterlagen mit gedruckter Schaltung erfolgen.
Die gedruckte Schaltung auf der Unterlage 110 ist reliefartig und enthält die ungeätzten Teile des Materials der Folie 14 nach F i g. 1. Die Schaltung besteht aus den Kontaktgliedern oder Elektroden 16, 18, 20, 22. Letztere sind Primärelektroden. Die Kontaktglieder 18 und 20 sind Sekundärelektroden. Diese Kontaktglieder erheben sich normalerweise über den Teil 21 des Kontaktgliedes 18, dessen Oberfläche einen kleineren Abstand von der Plättchenoberfläche 24 besitzt als die restlichen Kontaktglieder oder als andere Elektroden, wie dies im folgenden noch näher beschrieben ist.
Der Teil 21 kann gesondert geätzt werden, um ihn auf die Hälfte seiner Dicke zu bringen, oder er kann in einer Presse in das Plättchen 12 hineingepreßt werden, falls hierdurch eine Kante 19 erzeugt werden kann, die über den Teil 21 hervorsteht.
In F i g. 3 ist ein dünnes Halbleiterplättchen 26 dargestellt. Dieses kann aus Silizium, Germanium oder einer ArrIB@--Verbindung, das sind Verbindungen der Stoffe Aluminium, Gallium und Indium mit Arsen, Antimon und Phosphor, wie z. B. Indiumantimonid, Indiumarsenid, Indiumantimonid-Indiumphosphid und Galliumarsenid, bestehen.
Das Plättchen 26 besitzt zweckmäßig rechteckige Form mit den gegenüberliegenden Seiten 28, 30 und den Seiten 32, 34, die jeweils rechtwinklig aufeinanderstehen.
In F i g. 4 ist das dünne Halbleiterplättchen 26 auf der Oberfläche 24 der Unterlage 110 mit gedruckter Schaltung zwischen Kontaktgliedern 16, 18, 20, 22 angeordnet. Die Seiten 28 und 30 des Halbleiterplättchens 26 sind an die Kontaktglieder 16 und 22 durch Lötschichten 36, 38 angelötet. Die Seite 32 des Plättchens 26 ist mit dem Kontakt 20 durch die Lötschicht 40 verbunden. Die Seite 34 des Plättchens 26 ist schließlich mit der Kante 19 des Kontaktgliedes 18 verbunden. Es wird bemerkt, daß die Kontakte 16 und 22, wie dies in F i g. 4 dargestellt ist, mit dem Plättchen 26 entlang der ganzen Länge der Seiten 28 und 30 verbunden sind. Weiter stehen die Kontakte 18 und 20 mit dem Plättchen 26 im wesentlichen in der Mitte der Seiten 34 und 20 in Kontakt. Die Kontakte 18 und 20 liegen einander genau gegenüber. Der Teil 21 des Kontaktorgans 18 ist unterhalb des Plättchens 26 herausgeführt. Das Plättchen 26 ist gegenüber dem Teil 21 isoliert. Um dies zu bewerkstelligen, kann der Teil 21 des Kontaktorgans 18 oder die Unterseite des Plättchens 26 mit einem elektrisch isolierenden überzug, z. B. einem Silicon- oder Epoxydharzüberzug, versehen werden. Falls der Teil 21 in die Oberfläche 24 eingeprägt wird, ist keine besondere Isolation erforderlich.
Im folgenden sind Beispiele für Lote zum Anlöten der Kontakte 16, 18, 20 und 22 an das Plättchen 26 angeführt, wobei die Mischungen in Gewichtsprozent angegeben sind: 67% Blei - 33% Zinn; 50% Blei - 50'°/o Zinn; 90% Blei - 10% Antimon; 82% Blei - 150/a Antimon - 3% Zinn; 87% Zinn -9 % Aluminium - 8 % Zink - 5 % Cadmium; 6 0/0 Zinn - 33% Blei; 670!o Zinn - 32% Blei - 1% Indium und 55% Gold - 32% Silber - 14% Kupfer.
An die Kontaktorgane 16, 18, 20 und 22 können Leiter, z. B. Drähte, angelötet werden, und zwar an der Seite der Platte 12, zu der die Kontaktorgane hingeführt sind, um den Anschluß eines Hallspannungserzeugers an einen Stromkreis zu erleichtern.
In F i g. 5, die eine andere Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zeigt, ist eine Unterlage 210 mit gedruckter Schaltung dargestellt, die Kontaktorgane 16, 20 und 22 besitzt, welche auf ähnliche Weise hergestellt worden sind, wie dies oben beschrieben ist. Die Platte 123 hat eine Ausnehmung 119, die von der Oberfläche 124 bis zur Bodenfläche 117 reicht. Auf der Oberfläche 124 ist über der Ausnehmung 119 eine Sekundärelektrode 118 angeordnet. Diese besitzt einen stabförmigen Teil 121, der durch die Ausnehmung 119 hindurchgesteckt ist, wobei das freie Ende auf der Seite 117 in Richtung auf den Kontakt 20 abgebogen ist, so daß es bei der mit 126 bezeichneten Stelle zu liegen kommt. Durch die Ausnehmung 119 können flache, stabförmige Organe oder solche mit rechteckförmigem Querschnitt hindurchgeführt werden, wobei das eine Ende ein Kontaktorgan 118 bildet und das andere Ende auf die Fläche 117 abgebogen und dort entlanggeführt ist. An die Kontaktorgane 16, 20, 22 und 118 wird ein Halbleiterplättchen angelötet, wie dies in F i g. 4 gezeigt ist. In Abweichung zu dieser Ausführung ist hier der Kontakt 118 jedoch durch den Träger selbst von dem Halbleiterplättchen isoliert.
Neben Hallspannungserzeugungseinrichtungen können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auch andere ähnliche Halbleiteranordnungen, wie z. B. Anordnungen, die den Ettinghausen-Effekt und die magnetfeldabhängige Widerstandsänderung ausnutzen, oder Corbino-Scheiben, hergestellt werden. In F i g. 6 ist eine magnetfeldabhängige Widerstandsanordnung 300 dargestellt. Die Anordnung 300 enthält eine Isolierplatte 312 und zwei elektrische Kontaktorgane 316 und 322, die auf der Oberfläche 324 der Platte 312 auf die vorbeschriebene Weise oder durch eine andere Methode zur Herstellung einer gedruckten Schaltung befestigt sind. Ein Plättchen 326 aus einem Halbleitermaterial ist auf der Oberfläche 324 der Platte 312 angeordnet und an die Kontaktorgane 316 und 322 mit den Flächen 328 und 330 angelötet.
Die in den F i g. 4, 5 und 6 dargestellten Anordnungen werden zweckmäßig gekapselt oder mit einer äußeren Schutzhülle, beispielsweise einer Hülle aus einem Epoxydharz oder Siloxanlack, überzogen. Das Harz kann durch &Tauchen aufgebracht und unter Anwendung von Hitze ausgehärtet werden. Dadurch ergibt sich eine einfache und preiswerte Anordnung. Aus dem im folgenden beschriebenen praktischen Ausführungsbeispiel sind die Vorteile ersichtlich.
Zur Herstellung eines Haugenerators wurde eine Epoxydharz-Glasunterlage mit einem Kupferbelag auf der einen Oberfläche verwendet.
Die Unterlage hatte die Abmessungen 0,953 0,793 cm und bestand vollständig aus einer Schicht von Glasgewebe, das mit ausgehärtetem Epoxydharz getränkt war. Sie hatte eine Dicke von 0,023 cm und war mit einer Kupferfolie mit einer Dicke von 0,00254 cm belegt, die auf den Träger 10 aufgeklebt war.
Die Kupferoberfläche wurde gereinigt und getrocknet. Eine lichtempfindliche Emulsion wurde auf die Oberfläche des gereinigten Kupfers aufgetragen und auf der Stelle getrocknet.
Ein fotografisches Negativ der elektrischen Schaltung (ähnlich der in F i g. 1 gezeigten) wurde auf der auf dem Kupfer aufgetragenen Emulsion angeordnet. Das Negativ wurde dann einem Lichtbogen ausgesetzt, um die Fotoschicht an den Flächen zu härten, die der gewünschten Schaltung entsprechen. Die Unterlage wurde dann in eine Lösung getaucht, um die unbelichteten und ungehärteten Teile der lichtempfindlichen Emulsion von der Kupferoberfläche zu entfernen. Die Kupfer-Epoxydunterlage mit den Abdeckungen an den gewünschten Stellen wurde in eine Eisenchloridlösung getaucht, um das Kupfer an den Stellen wegzuätzen, an denen es nicht mit der Abdekkung bedeckt ist. Nach dem Atzen wurde der Träger aus der Eisenchloridlösung herausgenommen und die Abdeckung von den Stellen 21 der Kupferkontaktorgane entfernt, die später von dem Halbleiterplättchen bedeckt werden. Die Unterlage wurde dann in das Eisenchloridbad zu einer zusätzlichen Atzung gegeben. Die Atzung wurde so lange fortgesetzt, bis alles Kupfer von den außerhalb der gewünschten Schaltung liegenden Flächen entfernt war und etwa die Hälfte der Dicke des Teiles 19 erreicht war. Eine 40gradige (Baume) Eisenchloridlösung löst bei 52° C etwa 0,00178 cm Kupfer pro Minute auf.
Nach dem Atzen wurde der Träger aus der Eisenchloridlösung herausgenommen, gewaschen und die Abdeckung von den übrigen Kupferkontaktorganen entfernt. Das auf diese Weise hergestellte Produkt war eine Isolierunterlage mit einem Bild der elektrischen Schaltung in Kupfer auf der Oberfläche, ähnlich wie dies in F i g. 2 dargestellt ist.
Eine Diamantsäge wurde benutzt, um ein Plättchen aus Indiumarsenid mit einer Länge von 0,687 cm, einer Breite von 0,305 cm und einer Dicke von 0,0155 cm von einem langgesxreckten Körper aus Indiumarsenid mit rechteckförmigem Querschnitt abzusägen.
Die Oberfläche wurde poliert mit einer Atzlösung von 39,2 Gewichtsprozent konzentrierter HNO., 33,0 Gewichtsprozent konzentrierter HCl und 27,8 Gewichtsprozent Wasser.
Das geätzte Plättchen aus Indiumarsenid wurde zwischen den Kontaktorganen der Unterlage mit der gedruckten Schaltung angeordnet.
Der Teil 21 des Kontaktorgans, der unter dem Indiumarsenidplättchen verlegt wird, wurde vor dem Anlöten an die Kontaktorgane mit einem Dimethyl-Silikon-Lack angestrichen.
Das Indiumarsenidplättchen wurde an die verschiedenen Kontaktorgane, wie sie in F i g. 4 dargestellt sind, mit einem Lot, das 67% Blei und 3311/o Zinn enthielt, angelötet. Die endgültige Ausgestaltung war der in F i g. 4 ähnlich.
Die auf diese Weise hergestellte Einrichtung wurde auf die Verwendbarkeit hinsichtlich der elektrischen und halbleitenden Eigenschaften geprüft. Es wurden befriedigende Ergebnisse erzielt. Mit der Einrichtung konnte bei einem Steuerstrom von 0,3 A und einem Magnetfeld von 6 Kilo-Gauß eine Hallspannung von 100 mV bei einer Nullspannung von 1,2 mV erzielt werden.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zum Kontaktieren von magnetfeldabhängigen Widerständen und Hallspannungserzeugern, die aus einem auf einer isolierenden Trägerunterlage aufgebrachtenHalbleiterplättchen bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbahnen, deren Anordnung auf der Unterlage in an sich bekannter Weise durch die Abmessungen des Widerstandskörpers bestimmt ist, nach einem zur Herstellung gedruckter Schaltungen bekannten Verfahren aufgebracht werden, und daß das Halbleiterplättchen zwischen die Bahnen gelegt und unmittelbar an den diese Bahnen berührenden Kanten mit diesen verlötet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Verbinden des Halbleiterkörpers mit den Kontaktorganen der Halbleiterkörper und die Kontaktorgane mit einem aushärtenden Gießharz bedeckt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 zum Anbringen von Kontaktorganen an einem Hallspannungserzeuger, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage an einer von zwei zugehörige Kontaktorgane aufnehmenden Stellen mit einer Ausnehmung versehen wird, durch die ein stabförmiges, mit einem Kopf versehenes Kontaktorgan hindurchgesteckt wird, dessen freies Ende in Richtung auf das zugehörige zweite Kontaktorgan derart abgebogen wird, daß es diesem auf der entgegengesetzten Seite der Unterlage gegenüberliegt.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3 zur Herstellung eines Hallspannungserzeugers, dadurch gekennzeichnet, daß an eines von zwei zugehörigen Kontaktorganen ein Streifen angewinkelt ist, dessen freies Ende neben dem zugehörigen anderen Kontaktorgan auf der Unterlage angeordnet ist, und daß das Halbleiterplättchen an der der Unterlage zugewandten Seite mit einer elektrisch isolierenden Lackschicht versehen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der an das Kontaktorgan angewinkelte Streifen in die Unterlage unter Vermeidung vorstehender Teile versenkt ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1073 090; USA.-Patentschriften Nr. 2 777 039, 2 850 681; Zeitschrift »Radio und Fernsehen«, 11 (1957), S. 323 bis 336.