DE1283073B - Verfahren zur chemischen Abscheidung von haftfesten Legierungsschichten, z. B. Nickel-Phosphor-Schichten, mit stabilisierten elektrischen Widerstandswerten auf elektrisch nichtleitenden Unterlagen - Google Patents

Description

• Verfahren zur chemischen Abscheidung von haftfesten Legierungsschichten, z. B. Nickel-Phosphor-Schichten, mit stabilisierten elektrischen Widerstandswerten auf elektrisch nichtleitenden Unterlagen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Legierungsschichten auf Trägerunterlagen für Widerstände, Leiterbahnen, Kondensatorbelegungen sowie integrierten Schaltungen u. dgl.
• Voraussetzung für die Verwendbarkeit derartiger Legierungsschichten zur Herstellung der vorgenannten elektrischen Bauelemente und Baugruppen ist, daß diese Schichten ausgezeichnet auf der Trägerunterlage haften und vorzüglich stabilisierte elektrische Widerstandswerte, z. B. einen weitestgehend konstanten Temperaturkoeffizienten und Flächenwiderstand aufweisen. Ferner muß die abgeschiedene Legierungsschicht derart beschaffen sein, daß eine mechanische und vor allem fotoätztechnisehe Verspurung der Schicht möglich ist. Insbesondere für die Herstellung der sogenannten integrierten Schaltungen ist dies sehr wesentlich.
• Metallschichten, die einige der genannten Forderungen erfüllen, sind bereits bekannt. Sie weisen jedoch noch einige Mängel auf. So müssen beispielsweise chemisch abgeschiedene Gold-Platin-Schichten bei einigen l00° C (etwa 500° C) eingebrannt werden, was die Verwendung weniger temperaturbeständiger Glassorten als Trägerunterlagen ausschließt. Die ansonsten geeigneten Tantalschichten lassen sich wiederum nur durch das Vakuumverfahren auf die Trägerunterlage aufbringen, wogegen bei den Zinndioxydwiderstandsschichten die Leiterbahnen und Kondensatorbelegungen zusätzlich im Vakuum aufgedampft werden müssen.
• In all den genannten Fällen sind zur Kontaktierung, d. h. zum Anschluß der aktiven Bauelemente bzw. Baugruppen, gesonderte Lötstützpunkte, z. B. aus Einbrennsilber, vorzusehen.
• Die Aufgabe der Erfindung ist es, den durch chemische Abscheidung, also unter Verzicht auf das aufwendigere Aufdampf- oder Aufsprühverfahren, auf elektrisch nicht leitfähigen Trägerunterlagen, wie Glas, Kunststoff, Porzellan u. dgl., niedergeschlagenen Legierungsschichten eine Haftfestigkeit auf der Trägerunterlage und eine Konstanz ihrer elektrischen Widerstandswerte zu geben, so daß die Schichten zur Herstellung der eingangs genannten elektrischen Bauelemente und Baugruppen dienen können. Die abgeschiedene Schicht soll dabei derart beschaffen sein, daß eine nachträgliche mechanische und vor allem fotoätztechnische Verspurung der Schicht möglich ist.
• Die Erfindung, bei einem Verfahren zur Herstellung von Legierungsschichten auf Trägerunterlagen für Widerstände, Leiterbahnen u. dgl., wonach vorzugsweise dünne Legierungsschichten aus wäßrigen Lösungen auf nichtleitende Unterlagen chemisch abgeschieden werden, besteht darin, daß die Schichten in einer oder mehreren Raten abgeschieden und nach jeder Rate oder nur zwischen aufeinanderfolgenden Raten getempert werden.
• Die chemische Abscheidung beispielsweise einer Ni-P-Schicht erfolgt nach einem an sich bekannten Tauchverfahren bei einer Temperatur von etwa 70 bis 100° C, was die Verwendung von wenig temperaturbeständigen und damit billigen Glassorten u. dgl. ermöglicht. Gegenüber den bei der Abscheidung von Tantal- und Zinndioxydschichten erforderlichen Vakuumverfahren weist, wie an sich bekannt, die chemische Abscheidung erhebliche fertigungstechnische Vorteile auf. Die erfindungsgemäße Temperung zwischen aufeinanderfolgenden Abscheidungsraten vermittelt der Schicht eine Haftfestigkeit auf der Trägerunterlage, die so groß ist, daß die Schicht unmittelbar belotet und somit zur Kontaktierung verwendet werden kann. Die bei all den als vorbekannt aufgeführten Metallschichten zusätzlich erforderliche Aufbringung eigener Lötstützpunkte, z. B. aus Einbrennsilber, wird dadurch überflüssig. Durch die nachträgliche Temperung der abgeschiedenen Metallschicht, die sich vorzugsweise über einen Zeitraum von 1 bis 2 Stunden bei etwa 200 bis 240° C erstreckt, wird eine rasche und damit gezielte Rekristallisation der Metallschicht erreicht, was zunächst zu einer raschen Abnahme des Flächenwiderstands führt, der sich schließlich nur mehr unwesentlich ändert. Untersuchungen haben beispielsweise gezeigt, daß sich der Flächenwiderstand, bei nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Metallschichten, durch Belastung bei 70° C nur mehr geringfügig ändert, und zwar beispielsweise in 1600 Stunden nur etwa -I- 0,1%. Auch lassen sich die erfindungsgemäß hergestellten Metallschichten durch Aufdampfen weiterer Si-O- und AI-Schichten zu Dünnschichtkondensatoren verarbeiten, ohne daß sich die elektrischen Werte der Metallschicht durch das Aufdampfen wesentlich verändern., Der spezifische Widerstand der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Metallschichten< liegt etwa in der Größenordnung der Kohleschichten, so daß die Metallschichten bei Schichtwiderständen an die Stelle von Kohleschichtwiderständen treten können. Je nach der Rauhigkeit des Trägerkörpers können Metallschichten mit einem Flächenwiderstand von 50 bis 60 Ohm erreicht werden, die je nach ihrer Wendelung einen Temperaturkoeffizienten von etwa -I-400 - 10-s/° C haben. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß sich die Metallschicht mit Salpetersäure mühelos wieder von der Trägerunterlage lösen läßt.
• Eine gesteigerte Haftfestigkeit der abgeschiedenen Metallschicht auf der Trägerunterlage und eine noch vorzüglichere Stabilisierung der elektrischen Widerstandswerte wird gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung dadurch erreicht, daß mit zunehmender Schichtdicke die Temperatur, bei der die Temperung vollzogen wird, und gegebenenfalls auch die Zeitdauer der Temperung erhöht wird.
• Als Trägermaterial kann, wie bereits erwähnt, Weich-, Hartglas, Porzellan od. dgl. benutzt werden. Bei der Auswahl des Trägermaterials ist, wie bereits angedeutet, die Frage nach der Temperaturbeständigkeit desselben von untergeordneter Bedeutung. So kann der Schichtträger beispielsweise selbst aus Glas mit niederem Transformationspunkt bestehen. Wesentlich ist, daß der Schichtträger den chemischen Einflüssen der Reinigung standhält, d. h. zum Beispiel nicht angegriffen oder gar zerstört wird. Durch die Verwendung von Schichtträgern einer gewissen Oberlächenrauhigkeit wird zwar eine nochmalige Verbesserung der bereits durch das erfindungsgemäße Verfahren erzielten Haftung erreicht, jedoch sind Schichtträger dieser Rauhigkeit nicht unbedingt erforderlich. Letztlich ist bei der Auswahl der Schichtträger noch darauf zu achten, daß der thermische Ausdehnungskoeffizient von Träger und Schichtmetall mindestens annähernd gleich ist, so daß ein unter Umständen auftretendes Ansteigen des Temperaturkoeffizienten durch zusätzliche mechanische Verspannung der Metallschicht gegenüber der Trägerunterlage vermieden wird.
• Als Beispiel der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung chemisch abgeschiedener Ni-P-Schichten auf Glas- oder auch Porzellanträgern angegeben.
• Ein Glas- bzw. Porzellanträgerkörper wird nach Reinigung in Chromschwefelsäure bei 100 bis 120° C und anschließendem Spülen in destilliertem Wasser, zur sofortigen Reduktion der in einem späteren Verfahrensschritt hinzukommenden Kathalisatorkeime aus Palladiumionen, in Zinn(II)-chloridlösung getaucht. Dieser Sensibilisierungsvorgang dauert etwa 2 Minuten und wird in einem Bad vorgenommen, das pro Liter Wasser 10(J g SnC12 - 2 1120, 200 cm3 36%ige HC1 und 100 cm3 Methanol CH30H enthält. Anschließend wird der Trägerkörper in destilliertem Wasser gespült und mit Palladiumchlorid (0,1%ige PdC12 Lösung) aktiviert. Das Bad weist dabei einen pH-Wert von etwa 4,5 bis 4;8 auf. Die Aktivierung erfolgt über einen Zeitraum von etwa 2 Minuten und wird von einer nochmaligen Spülung mit destilliertem Wasser abgelöst. Danach wird die Trägerunterlage in einem Nickelhypöphosphitbad folgender Zusammensetzung beschichtet: - 24,5 g/1 NiS04. 6 H20, 30,0 g/l NaHJ02 - H20, 15,0 g/1 Na2C4H604 . 6 11,0 (Natriumsuccinat), 2,0 cm3/l H4P02 (50%ig), 2,0 cm3/l Netzmittel.
• Erfindungsgemäß wird dabei die Beschichtung nach etwa 15 Sekunden unterbrochen und eine kurze Temperung von 10 bis 15 Minuten bei 120° C eingeschaltet. Danach wird die Beschichtung je nach der gewünschten Schichtdicke fortgesetzt, z. B. bei einer Gesamtschichtdicke von 0,5 bis 1 gm weitere 50 bis 60 Sekunden durchgeführt und schließlich 1,5 bis 2 Stunden bei 220 bis 240° C getempert. Sofern besonders hohe- Anforderungen an die Haftfestigkeit und die Stabilität der elektrischen Widerstandswerte dies wünschenswert erscheinen lassen oder beispielsweise Schichten großer Dicke abgeschieden werden sollen, kann selbstverständlich die Beschichtung noch mehrmals kurzzeitig unterbrochen und eine Temperung unter- den eingangs genannten Bedingungen eingeschaltet werden.
• Es zeigte sich, daß Schichtdicken bis zu etwa 1000 A besonders gut auf der Trägerunterlage haften und mit mechanischen Mitteln nicht ohne weiteres abzuheben sind.
• Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Metallschichtwiderstände können durch Wendelung auf den gewünschten Widerstandswert gebracht werden. Soll aus der auf eine Trägerunterlage abgeschiedenen geschlossenen Metallfläche ein Leitungsbahnen- und beispielsweise Kondensatorflächenmuster herausgeätzt werden, so kann dies nach dem bekannten Fotoätzverfahren erfolgen.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur chemischen Abscheidung von haftfesten Legierungsschichten, z. B. Nickel-Phosphor-Schichten, mit stabilisierten elektrischen Widerstandswerten auf elektrisch nicht leitenden Unterlagen, wie Glas und Porzellan, für elektrische Bauelemente, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Schichten in einer oder mehreren Raten abgeschieden und nach jeder Rate oder nur zwischen aufeinanderfolgenden Raten getempert werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur und gegebenenfalls auch Zeitdauer der Temperung mit zunehmender Schichtdicke erhöht wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nickel-Phosphor-Legierungsschicht in einer Gesamtdicke von etwa 700 bis 1000 A auf die nichtleitende Unterlage abgeschieden wird. In Betracht gezogene Druckschriften: »Metal-Progress«, 1960, S. 84 bis 87.