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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die in den F i g. 1 bis 6 gezeigten Gegenstände sind der Deutlichkeit
halber stark vergrößert dargestellt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Das Plättchen 26 besitzt zweckmäßig rechteckige Form mit den
gegenüberliegenden Seiten 28, 30 und den Seiten 32, 34, die jeweils rechtwinklig
aufeinanderstehen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Zur Herstellung eines Haugenerators wurde eine Epoxydharz-Glasunterlage
mit einem Kupferbelag auf der einen Oberfläche verwendet.
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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.
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Die Kupferoberfläche wurde gereinigt und getrocknet. Eine lichtempfindliche
Emulsion wurde auf die Oberfläche des gereinigten Kupfers aufgetragen und auf der
Stelle getrocknet.
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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.
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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.
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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.
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Die Oberfläche wurde poliert mit einer Atzlösung von 39,2 Gewichtsprozent
konzentrierter HNO., 33,0 Gewichtsprozent konzentrierter HCl und 27,8 Gewichtsprozent
Wasser.
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Das geätzte Plättchen aus Indiumarsenid wurde zwischen den Kontaktorganen
der Unterlage mit der gedruckten Schaltung angeordnet.
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Der Teil 21 des Kontaktorgans, der unter dem Indiumarsenidplättchen
verlegt wird, wurde vor dem Anlöten an die Kontaktorgane mit einem Dimethyl-Silikon-Lack
angestrichen.
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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.
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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.