DE1268470B

DE1268470B - Vorrichtung zum Aufschmelzen eines Goldueberzuges auf die Endflaeche eines Platindrahtstueckes geringen Durchmessers

Info

Publication number: DE1268470B
Application number: DEP1268A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Adalbert Knopp
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1959-06-23
Filing date: 1959-06-23
Publication date: 1968-05-16

Description

Vorrichtung zum Aufschmelzen eines Goldüberzuges auf die Endfläche eines Platindrahtstückes geringen Durchmessers Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufschmelzen eines Goldüberzugs auf die Endfläche eines Platindrahtstückes geringen Durchmessers, wie sie als Leiter für den elektrischen Strom allgemein benutzt werden und beispielsweise zum Anlegieren eines Kontaktes an eine Halbleiteranordnung Verwendung finden.
Es sind Verfahren bekannt, um Goldüberzüge auf anderen Stoffen herzustellen. Zum Beispiel kann eine großflächige Kontaktierung eines Siliciumkörpers mit Gold in der Weise erfolgen, daß eine kaltgewalzte Goldfolie unter Verwendung eines Preßkörpers mit zur Kontaktfläche paralleler Druckfläche auf den Siliciumkörper aufgebracht und danach einlegiert wird. Auch andere Stoffe als Gold können als Folien benutzt werden, um Überzüge zu bilden. Nach einem bekannten Verfahren wird eine Aluminiumfolie auf Germanium aufgebracht, indem unter Verwendung einer Indiumzwischenschicht ein Erhitzen in Wasserstoffatmosphäre erfolgt, wobei die Legierungsbildung stattfindet. In entsprechender Weise können bekanntlich auch festhaftende Schichten aus Kupfer und Kupferlegierungen auf Eisen und Eisenlegierungen aufgebracht werden.
Alle diese Verfahren zeichnen sich dadurch aus, daß verhältnismäßig große Flächen beschichtet werden, wobei die Querausdehnung wesentlich größer als die Dickenausdehnung ist. Sie eignen sich nicht zur Beschichtung von Platindrähten geringen Durchmessers, bei denen der Durchmesser etwa zwischen 0,2 und 0,6 mm liegt und die zu beschichtende Fläche um mehrere Größenordnungen kleiner ist.
Überzüge auf Drähten können durch Tauchverfahren hergestellt werden. Um die Endfläche eines Drahtstückes mit einem Goldüberzug zu versehen, kann das Drahtstückende in eine Goldschmelze eingetaucht und wieder hochgezogen werden. Versucht man aber in dieser Weise nur auf die Endflächen von Drahtstücken mit einem Durchmesser etwa zwischen 0,2 und 0,6 mm einen Goldüberzug aufzubringen, so verhindert das Abtropfen der Schmelze beim Hochziehen der Drahtstücke eine gleichmäßige, insbesondere eine zur Drahtachse symmetrische Stärke der Bedeckung zu erhalten. Außerdem ist die Auftragung einer vorgegebenen, bestimmten, verhältnismäßig kleinen Menge Gold meist nur mit unzureichender Genauigkeit möglich.
Wird auf eine Endfläche eines Drahtstückes ein Goldüberzug aufgebracht, indem zwei Drahtstücke, eines aus Platin, das andere aus Gold, mit je einer Endfläche in Berührung gebracht und, etwa durch Stromdurchgang, verschweißt werden und dann das Golddrahtstück unmittelbar neben der Schweißstelle abgeschnitten wird, so zeigt sich, daß sich in dieser Weise Goldüberzüge auf den Endflächen von Platindrahtstücken mit verhältnismäßig kleinen Goldmengen nicht mehr herstellen lassen. Wegen der beim Schneiden nicht zu vermeidenden Grate ist die Schichtstärke des Überzuges auch sehr ungleichmäßig.
Die Erzeugung eines Goldüberzuges auf der Endfläche von Platindrahtstücken durch Elektrolyse ist mit genügender Gleichmäßigkeit der Schichtstärke nur bei Überzügen verhältnismäßig geringer Stärke, höchstens etwa 10 bis 30 #t, und bei großen Abscheidungszeiten möglich. Des weiteren ist die elektrolytische Abscheidung von Überzügen aus Gold, welche Zusätze an Elementen, beispielsweise 0,1 bzw. 1 Gewichtsprozent Gallium, enthalten, sehr schwierig oder gar nicht möglich.
Die Erfindung weist nun einen Weg, einen Goldüberzug auf die Endfläche eines Platindrahtstückes geringen Durchmessers aufzubringen. Sie besteht in einer Vorrichtung, die gekennzeichnet ist durch eine zweiteilige, auf einem durch Stromdurchgang heizbaren Metallstreifen aufsitzende Form, deren zylindrischer Unterteil an seiner Oberseite eine zentrale zylindrische Ausnehmung aufweist, in die der zylindrische Oberteil eingesetzt ist, dessen zylindrisch erweiterter Teil sich gleichzeitig auf der Oberseite des Unterteiles abstützt, und in deren Oberteil eine durchgehende axiale Bohrung zur Aufnahme des Drahtstückes sowie der auf seine Endfläche aufzuschmelzenden Goldfolienronde vorgesehen ist.
Nach der erfindungsgemäßen Vorrichtung können auf die Endflächen von Platindrahtstücken mit einem Durchmesser etwa zwischen 0,2 und 0,6 mm Goldüberzüge von vorgegebenen bestimmten Goldmengen in gleichmäßiger axialsymmetrischer Verteilung über die Endflächen und mit der geforderten Genauigkeit aufgebracht werden. Dabei ist es möglich, daß die Goldüberzüge Zusätze enthalten, die nach der Legierungsbildung in die Unterlage diffundieren. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn die Unterlage eine halbleitende Substanz ist und die diffundierenden Stoffe einen bestimmten Leitfähigkeitstyp erzeugen.
Insbesondere ermöglicht die Vorrichtung nach der Erfindung, auf die Endflächen von Platindrahtstücken geringen Durchmessers solche Goldmengen pro Endfläche aufzubringen, daß die Schichtdicken größer sind als diejenigen, die durch elektrolytische Abscheidung erhalten werden, und kleiner sind als diejenigen, die durch Abschneiden zusammengeschweißter Drahtstücke zu erhalten sind.
Gemäß der Erfindung wird so verfahren, daß das Platindrahtstück koaxial so weit in eine senkrecht angeordnete, zylindrische Graphitform von einem dem Drahtdurchmesser angenähert gleichen Innendurchmesser eingeführt wird, bis das obere Ende der Form über die obere Drahtendfläche übersteht, daß auf die obere Drahtendfläche eine mit Zusätzen versehene Goldfolienronde von einem dem Drahtdurchmesser angenähert gleichen Durchmesser aufgelegt wird und daß in dieser Anordnung das Platindrahtstück und die Goldfolienronde in etwa 2 bis 10 Sekunden auf eine Temperatur über dem Schmelzpunkt der Goldfolienronde unter strömendem Schutzgas erhitzt und anschließend abgekühlt wird.
Zweckmäßig wird das Platindrahtstück soweit in die Graphitform eingeführt, bis das obere Ende der Form über die obere Drahtendfläche um etwa 0,2fache Drahtstücklänge bis etwa eine Drahtstücklänge übersteht. Besonders günstige Verhältnisse bei der Erhitzung lassen sich erreichen, wenn das obere Ende der Form über die obere Drahtendfläche um etwa eine halbe Drahtstücklänge übersteht.
Als Material für die zweiteilige Form eignet sich besonders Graphit. Eine Aufbringung des Goldüberzuges kann günstig mittels einer Form aus Aluminiumoxyd oder Quarz vorgenommen werden. Die Form kann des weiteren aus Rubin oder Saphir bestehen.
Zum Erhitzen unter Schutzgas sind die zweiteilige Form und der metallische Heizstreifen zweckmäßig von einer einseitig abdeckbaren Umhüllung umgeben, innerhalb der eine strömende Schutzgasatmosphäre, z. B. eine Wasserstoffatmosphäre, aufrechterhalten werden kann.
Mit besonderem Vorteil kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Aufschmelzen eines Goldüberzuges auf die Endfläche eines Platindrahtstückes dazu benutzt werden, Platindrahtstücke herzustellen, die an Halbleiterkörper von elektrisch unsymmetrisch leitenden Halbleiteranordnungen anlegiert werden. Dabei können die Halbleiterkörper beispielsweise aus Silicium oder Germanium bestehen. Werden dem Goldüberzug Zusätze hinzugefügt, so können diese eine Beeinflussung der elektrischen Leitfähigkeit, insbesondere Elektronen- oder Defektelektronenleitung, bewirken. Für diesen Zweck sind Zusatzstoffe wie Antimon, Gallium, Bor oder Phosphor geeignet, die bis zu etwa 1 Gewichtsprozent dem Gold zugeführt werden.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung für die Herstellung von Platindrahtstücken zum Anlegieren von Elektroden für elektrisch unsymmetrisch leitende Halbleiteranordnungen können Legierungskontakte mit großer Gleichmäßigkeit der Größe der Kontaktfläche bei der Herstellung von elektrisch unsymmetrisch leitenden Halbleiteranordnungen in großen Stückzahlen erreicht werden.
An Hand der Figur wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.
Die Figur zeigt in zum Teil schematischer Darstellung einen Schnitt einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung von Platindrahtstücken mit einem Goldüberzug gemäß der Erfindung. Eine aus einem Bodenteil 2 und einem Oberteil 1 bestehende zweiteilige Form 1, 2 aus Graphit ist auf einen heizbaren Metallstreifen 3 so aufgesetzt, daß sich ein guter Wärmeübergang zwischen dem Heizstreifen 3 und dem Bodenteil 2 ergibt. Die zweiteilige Form 1, 2 und der metallische Heizstreifen 3 sind von einem abdeckbaren Behälter 4 umgeben. Die Deckplatte kann aus durchsichtigem Material bestehen und ist mit 5 bezeichnet.
Der Bodenteil 2 hat kreiszylindrische Form und weist eine zentrale kreiszylindrische Ausnehmung 6 auf der kreisscheibenförmigen Oberseite 7 auf. Der Oberteil 1 ist von kreiszylindrischer Form und besitzt eine axiale, kreiszylindrische, durchgehende Bohrung B. Der Außendurchmesser des Oberteiles 1 ist angenähert gleich dem Durchmesser der Ausnehmung 6 des Bodenteiles 2. In der dem Bodenteil 2 zugewandten Hälfte besitzt der Oberteil 1 einen kreiszylindrischen, verstärkten Teil 9, dessen Außendurchmesser angenähert gleich dem Außendurchmesser des Bodenteiles 2 ist, und der sich in Richtung der Zylinderachse des Oberteiles 1 von etwa der Mitte an bis zu einer der Tiefe der Ausnehmung 6 des Bodenteiles 2 angenähert gleichen Entfernung von dem bodenteilseitigen Oberteilende 10 erstreckt. Oberteil 1 ist so in den Bodenteil 2 eingefügt, daß das Oberteilende 10 auf dem Boden der Ausnehmung 6 des Bodenteiles 2 und der Verstärkungsteil 9 auf der Oberseite 7 des Bodenteiles 2 aufliegt.
In der Wandung des Behälters 4 sind zwei öffnungen 11 und 12 für den Einlaß und Auslaß des Schutzgases, z. B. Wasserstoffes, vorgesehen. Der Heizstreifen 3 wird von zwei Elektroden 13 und 14 gehaltert, die beispielsweise an eine Wechselstromquelle 15 angeschlossen sind.
Zur Herstellung eines Platindrahtstückes mit einem Goldüberzug wird beispielsweise ein Platindrahtstück 16 von 0,3 mm Durchmesser und 4 mm Länge in eine Bohrung 8 von 0,3 mm Durchmesser so weit eingeführt, bis das obere Ende 17 des Oberteiles 1 von 6 mm Länge um etwa eine halbe Drahtstücklänge, also 2 nun, über die obere, plane Drahtendfläche 18, übersteht. Die die Drahtendfläche bildende Schnittfläche ist gereinigt, z. B. entfettet und kurz geätzt sowie anschließend gespült. Auf die Endfläche 18 des Drahtstückes 16 wird eine z. B. mit 0,3 Gewichtsprozent Antimon versehene und durch Ausstanzen erhaltene Goldfolienronde 19 von etwa 0,3 mm Durchmesser und von 0,15 mg Gewicht aufgelegt. Der Oberteil 1 ist mit seinem unteren Ende 10 in den Bodenteil 2 eingesetzt. Beide Teile sind beispielsweise aus Graphit hergestellt.
Die Form 1, 2 ist auf den Heizstreifen 3 aufgesetzt. In dieser Anordnung wird das Drahtstück 16 und die Goldfolienronde 19 in 4 Sekunden auf eine Temperatur nahe über den Schmelzpunkt, z. B. auf eine etwa 2 bis 3 ü/o über dem Schmelzpunkt der Goldfolienronde 19 liegende Temperatur erhitzt und anschließend abgekühlt. Nach dem Zerlegen der Form 1, 2 in ihre beiden Teile, kann das Platindrahtstück mit einem Goldüberzug auf seiner Endfläche aus dem Oberteil 1 genommen werden.
Nach einem anderen Ausführungsbeispiel kann auf die Endfläche eines Platindrahtstückes von 0,3 mm Durchmesser eine Goldfolienronde von 0,1 mg oder eine von 0,2 mg oder auf die Endfläche eines Platindrahtstückes von 0,6 mm Durchmesser eine Goldfolienronde von 1 mg oder eine von 1,6 mg aufgebracht werden.
Zur serienmäßigen Herstellung von Platindrahtstücken gemäß der Erfindung ist die Verwendung einer Vorrichtung zweckmäßig, bei der an Stelle einer Form, die ein einziges Drahtstück aufnimmt, ein Oberteil vorgesehen wird, in dem gleichzeitig mehrere Drahtstücke eingeführt und erhitzt werden können. Beispielsweise eignet sich eine Form, die aus einem Bodenteil mit einer Ausnehmung und aus einem in diese Ausnehmung einsetzbaren Oberteil mit mehreren parallelen Bohrungen zur Aufnahme der Drahtstücke besteht.

Claims

Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum Aufschmelzen eines Goldüberzuges auf die Endfläche eines Platindrahtstückes geringen Durchmessers, g e k e n n z e i c h -n e t d u r c h eine zweiteilige, auf einem durch Stromdurchgang heizbaren Metallstreifen (3) aufsitzende Form (1, 2), deren zylindrischer Unterteil (2) an seiner Oberseite (7) eine zentrale zylindrische Ausnehmung (6) aufweist, in die der zylindrische Oberteil (1) eingesetzt ist, dessen zylindrisch erweiterter Teil (9) sich gleichzeitig auf der Oberseite (7) des Unterteiles (2) abstützt, und in deren Oberteil (1) eine durchgehende axiale Bohrung (8) zur Aufnahme des Drahtstückes (16) sowie der auf seine Endfläche (18) aufzuschmelzenden Goldfolienronde (19) vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (1, 2) aus Graphit besteht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (1, 2) oder der Oberteil (1) aus Aluminiumoxyd oder Quarz besteht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (1, 2) oder der Oberteil (1) aus Rubin oder Saphir besteht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (1, 2) und der metallische Heizstreifen (3) in einem mit einer Deckplatte (5) abdeckbaren Behälter (4) angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wand des Behälters (4) die Öffnungen (11, 12) zur Zu- und Abfuhr von Schutzgas vorhanden sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Oberteil (1) mehrere parallele Bohrungen zur Aufnahme von Drahtstücken vorhanden sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1044 977, 1046 739, 1085 613; schweizerische Patentschrift Nr. 227139; französische Patentschrift Nr. 1174 436.