DE1621195A1

DE1621195A1 - Verfahren und Apparaturen zum selektiven Anodisieren metallisierter Unterlagen

Info

Publication number: DE1621195A1
Application number: DE19671621195
Authority: DE
Inventors: Gerhard Allen Robert
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1966-02-09
Filing date: 1967-02-08
Publication date: 1972-03-23
Also published as: US3391065A; GB1169792A; FR1508862A

Description

A. R. Gerhard Case - 2

Western Electric Company Incorporated Ί 6 2 1 1 9 5

New York ~ V.St.A.

Verfahren und Apparaturen zum selektiven Anodisieren metallisierter

Unterlagen

Bei der Herstellung von Dünnfilm-Schaltungen, die aus einer Mehrzahl von Widerständen und zugehörigen verbindenden elektrischen Zuleitungen und Kontakten bestehen, wird eine dünne Schicht eines anodisierbaren Metalls wie Tantal auf einer keramischen Unterlage mit einer glasierten Oberfläche abgeschieden. Es wird ein hoher Grad von Präzision und Ge- ~ nauigkeit gefordert, um die engen Toleranzen zu erhalten, die von den elektrischen Eigenschaften gefordert werden. Zunächst wird ein Muster der Widerstände nach einer Photoätztechnik gebildet und dann die Widerstände anodisiert, um sie zu schützen. Die Widerstandswerte sind eine Funktion der Dicke und der geometrischen Ausbildung des Tantalfilms, die so gewählt werden, daß der Widerstand sich dem gewünschten Endwert nähert, aber kleiner bleibt. Elektrische Leitungswege und Kontakte von geringem Ohm'schen Widerstand können dann auf der Unterlage niederige schlagen werden«

Nach der Aufdampfung von Kontaktflächen geringen Widerstandes werden die Widerstände durch eine Trimm-Anodisierung auf ihren Endwert gebracht, die der Schutzanodisierung ähnlich ist mit der Ausnahme, daß sie sorgfältiger kontrolliert wird_e Bei der Überwachung des Widerstandes

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kann die Anodisierung genau dann unterbrochen werden, wenn die Widerstände den geforderten Wert erreichen. In der vorbekannten Technik wird das Verfahren der Trimm-Anodisierung erst durchgeführt, nachdem die hochleitenden Flächen maskiert worden sind, gewöhnlich in einer etwas kostspieligen, zeitraubenden mechanischen Art. Eine Lösung des Problems hat in der Verwendung einer Kapillarrohr-Apparatur bestanden, die aus einem gemeinsamen Reservoir Anodisierungs-Lösung bis zum

Kontakt mit ausgewählten, kleinen, unkomplizierten Flächen aufsaugt. Indessen begrenzt die Anwendung einer Kapillarrohr-Apparatur die Größe der zu anodisierenden Flächenmuster, wie auch die (vielleicht) verwickelte oder komplizierte Form des Musters. Es besteht immer noch ein Bedürfnis nach einer Apparatur zur Trimm-Anodisierung, die einen breiteren Anpassungsbereich hat.

Gemäß vorliegender Erfindung wird ein Verfahren zur Anodisierung aus- Jk . gewählter metallischer Flächen auf einer Unterlage bereitgestellt, das durch folgende Arbeitsgänge gekennzeichnet ist, nämlich die Ausrichtung jeden metallischen Bereichs auf der Unterlage mit einer öffnung im diesbezüglichen Bereich des Vorratsbehälters und die Aufrechterhaltung derselben und einer solchen Anordnung der Flüssigkeit in jedem Behälter, daß sie infolge der Schwerkraft bis zur Berührung mit dem entsprechenden metallischen Bereich fließt und daß man einen Strom durch die Flüssigkeit in jedem Vorratsbehälter schickt, um die diesbezügliche metallische Fläche zu anodisieren.

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Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung stellt ein Verfahren und eine Apparatur zur Verfügung, um ausgewählte Bereiche einer Dünnschicht-Schaltung einer Trimm-Anodisierung zu unterwerfen, indem man eine Anodisierungslösung oder -Lösungen mittels der Schwerkraft bis zum Kontakt .mit den Flächen fließen läßt und darauf einen Strom anlegt, um die Flächen gleichzeitig zu anodisieren. InI speziellen enthält die Apparatur einen um eine horizontale Achse drehbar angeordneten Block, der eine Mehrzahl so geformter Vorratsbehälter hat, daß diese senkrecht bis zur Oberfläche reichen und in solcher Konfiguration ausgebildet sind, daß sie genau dem Spiegelbild eines Widerstandsmusters einer Dünnfilmschaltung entsprechen. Wenn die Unterlage oben auf den Block gelegt wird, so ist jeder Widerstand zu einem diesbezüglichen Vorratsbehälter ausgerichtet. Jeder Vorratsbehälter hat eine darin als Kathode geschaltete Elektrode und eine als Anode geschaltete Elektrode, die so angeordnet ist, daß sie eine Kontaktfläche der Schaltung berührt»

Bei der Arbeit wird jeder Vorratsbehälter teilweise mit Anodisierungs-Lösung gefüllt und die Unterlage an die obere Fläche des Blocks angeklemmt, worauf der Block in die umgekehrte Lage gedreht wird, um die Anodisierungslösung jedes Vorratsbehälters zum Kontakt mit seiner zugehörigen Fläche fließen zu lassen. Ein besonderer elektrischer Schaltkreis wird daraufhin eingeschaltet, um Strom an jedes der Wider'standsmuster zu leiten, um den Widerstandsbereich in gesteuerter Weise auf den Endwert zu bringen.

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Die Ausführungs'form soll nun in unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben werden.

Fig. 1 ist eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht einer Dünnfilmschaltung, die von einer Anodisierungs-Apparatur abgetrennt und umgedreht gezeigt ist, die einen drehbaren Block mit einer Mehrzahl von Vorratsbehältern umfaßt, die in seiner senkrecht (stehenden) oberen Fläche enthalten sind. P Fig. 2 ist eine, teilweise weggeschnittene ebene Ansicht, die die

Ausbildung speziell der Vorratsbehälter der Anodisierungsapparatur zeigt.

Fig. 3 ist eine senkrechte Stirnansicht der Anodisierungs-Apparatur mit einem Teilschnitt durch eine darin angeordnete Anode.

Fig. 4 ist eine seitliche senkrechte Ansicht einer Unterlage mit einer darauf abgeschiedenen Dünnfilmunterlage, die an den Block angeklemmt ist.

Fig. 5 ist eine detaillierte Ansicht eines der Vorratsbehälter, die die relativen Anordnungen der Anodisierungslösung, der Anode,, Kathode und einer Dünnschicht-Schaltung vor der Anodisierung zeigt.

Die Betrachtung von Fig. 1 zeigt eine Dünnfilm-Vorrichtung mit einer Dünnfilmschaltung 11, die auf einer geeigneten isolierenden Unterlage 12 niedergeschlagen ist, die aus Glas oder keramischem Material bestehen kann. Die Dünnfilmschaltung 11 enthält eine Mehrzahl von Dünnfilm-Wider -

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ständen 13 bis 19 einschließlich aus einem anodisierberen Metall wie Tantal und eine Mehrzahl von Verbindungsleitungen 21 und 22 geringen Ohm^schen Widerstands,, die typischerweise aus einem Film einer Nickel-Chrom-Legierung wegen der Haftfestigkeit, einem Kupferfilm wegen der guten Leitfähigkeit und einem Gold- oder Palladiumfilm zur Oxidationsbeständigkeit bestehen. Die Stromleitungswege enden in Kontaktflächen 26 bis 36 einschließlich, die gleichfalls aus aufeinanderfolgenden Schichten einer Nickel-Chrom-Legierung, Kupfer und Gold oder Palladium bestehen können.

Die Dicke und geometrische Ausbildung der Widerstände 13-19 bewirken nach der Abscheidung und Bildung des Musters, daß die Widerstände weniger als den gewünschten Widerstands-Endwert haben, jedoch auf dem genau gleichen Prozentsatz ihres Endwertes sind. Exakte Widerstandswerte werden erhalten, indem man die Widerstände 13 bis 19 einschließlich einem Verfahren zur elektromechanischen Anodisierung unterwirft, um den Tantalfilm zu oxidieren. Da die Oxiddicke zunimmt, nimmt die Dicke oder die Querschnittsfläche der darunterliegenden Tantalschicht ab, worauf die Widerstandswerte der Widerstände 13 bis 19 einschließlich zunehmen. Durch Überwachung des Stromflusses durch die Widerstände kann die Anodisierung präzise bestimmt werden, wenn die Widerstände 13 bis 19 einschließlich die gewünschten Werte erreicht haben.

Die aufmerksame Betrachtung der Fig. 1 zeigt eine Apparatur 40, die zur

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Durchführung des Anodisierungsverfahrens benutzt wird. Die Apparatur besteht aus einer Grundplatte 4I₃ auf der zwei aufrechte Lagerblöcke 42 und 43 mit Tragbohrungen 46 und 47 montiert sind (siehe Fig. 3). Ein Paar Stifte 48 und 49 sind in den Bohrungen 46 und 47 eingezapft und ragen hier hindurch bis zu den Tragbohrungen 52 und 53 im Block 51, um den Block zwischen den Lagerböcken 42 und 43 drehbar abzustützen. ,

W Der Block 51 ist rechteckig und besteht aus einem elektrisch isolierenden

Material,, etwa dem Acrylharz "Plexiglas". Wie in Fig. 2 und 3 gezeigt., wird der Block 51 durch einen wahlweise zurückziehbaren Stift 54 an der Drehung gehindert, der durch eine Bohrung 57 in der Platte 43 in eine Bohrung 58 in der Seite des Blocks einspringt. Der Dtift 54 endet außerhalb des Blocks in einem Rändelkopf 58, der von der Platte 43 durch eine konzentrisch den Stift 54 umgebende Manschette 59 getrennt ist.

Der Block 51 hat eine obere Fläche 61, in die eine Mehrzahl von Vorratsbehältern 63 bis 69 (siehe Fig. 1) eingearbeitet ist und die in einem Gesamtmuster angeordnet sind, das genau ein Spiegelbild des Widerstandsmusters der Dünnfilm-Schaltung ist. Paßstifte 70 und federnde Haltezangen 71 mit Einrastungen 72 ragen senkrecht aus der oberen Fläche des Blocks nach aufwärts und haben einen Abstand, der mit der äußeren Peripherie einer Unterlage zusammenfällt. Wenn die Unterlage auf den Block 51 im Kontakt mit den Paßstiften 70 gelegt wird, sind die Widerstände 13 bis 19 einschließlich mit den Vorratsbehältern 63 bis 69 einschließlich ausgerichtet

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und die Einrastungen 72 der Haltezangen 71 rasten über der Unterlage ein um diese am Block zu befestigen.

Ein Deckel 73 ist gelenkig am Block 51 mit zwei Zapfenschrauben 74 und befestigt (siehe Fig. 1 u. 3). Der Deckel 73 hat ein Gummikissen 76, das an seiner Unterseite befestigt ist und das die Unterlage gegen die obere Fläche des Blocks 51 drückt und festhält ohne die Unterlage zu beschädigen. Die freie Kante 77 des Deckels 73 hakt unter einem Federmetall-Halter 78 einer Platte 79 ein, die an der Seite des Blocks 51 befestigt ist.

Wie in Fig. 2 gezeigt, ragen drahtähnliche Kathoden 83 bis 89 einschließlich vom Boden eines jeden Vorratsbehälters 63 bis 69 nach aufwärts, bleiben aber unter der Oberkante der oberen Fläche 61 des Blocks 51. Jede Kathode ist mit einem Leiter 91 verbunden, der durch den Block läuft und in einem Stopfen 92 endet, der seitlich aus dem unteren Teil einer Seite des Blocks 51 hervorkommt (siehe Fig. 5).

Jede Gruppe der anodischen Elektroden 101 bis 111 (siehe Fig. 2) ist in einer abgesetzten Bohrung 112 (siehe Fig. 3) innerhalb des Blocks 51 an jeden der Vorratsbehälter 63 bis 69 montiert und ragt senkrecht um eine kleine Distanz über die obere Fläche 61 des Blocks 51 hinaus. Ein an der Anode montierter Kragen 113 teilt gewöhnlich einen ringförmigen Raum der abgesetzten Bohrung 112 ab und preßt ihn durch eine Druckfeder 116 an, die konzentrisch um das untere Ende der Anode in dem Teil mit größerem Durchmesser der abgesetzten Bohrung 112 angeordnet ist.

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Eine Anschlußklemme 11.7 ist am unteren Einde einer jeden Anode 101 bis 111 befestigt und durch einen Leiter 118 (siehe Fig. 3) mit einem von einer Mehrzahl von Stopfen 93 an der unteren Außenseite des Blocks verbunden.

Die Stopfen 92 und 93 werden durch ein flexibles Kabel 121 mit irgendeiner technisch verfügbaren Stromquelle 122 verbunden., Die Verwendung eines flexiblen Kabels ist notwendig, damit der Block 51 gedreht werden kann,, % ohne die Stopfen 92 und 93 von der Stromquelle abzutrennen.

In dem üblichen FaJI₃, wo eine selektive Anodisierung der Widerstände 13 bis 19 notwendig ist, werden zwei Elektroden für jeden Vorratsbehälter verwendet, eine ana Ende jedes Wider stands we ges« Diese Neuerung ist_a natürlich nicht für die Anodisierung notwendig, sondern ist für die kontinuierliche Messung des Widerstandswertes und die Überwachung des Anodisierungsprozesses erforderlich. Eine geeignete Schaltung zur Durchführung dieser selektiven Anodisierung kann nach Art der in einer schwe-" benden U. S.-Anmeldung 3 94 104, eingereicht am 1. September 1965 auf

den Namen Allen R. Gerhard, beschrieben sein, wonach die Anodisierung während einer Halbwelle und die Messung des Widerstands während der anderen Halbwelle durchgeführt wird.

Beim Arbeiten des vorliegenden Geräts mit Block 51 in senkrechter Stellung wird jeder der Vorratsbehälter mit einer anodisierenden oder elektrolytischen Lösung 123 gefüllt, die typischerweise 0, 01 % Zitronensäure

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(gewichtsmäßig) in destilliertem Wasser-enthält. Eine Unterlage 1.2 mit einer darauf abgeschiedenen. Dünnfilmschaltung 11 wird oben auf den Block 51 ,gelegt, so daß die Schaltung in Berührung mit der oberen Fläche 61 ist. Die Widerstände 13 bis Γ9 werden durch die Paßstifte 70 mit den Vorratsbehältern 63 bis £>9 ausgerichtet. Wenn die Unterlage gegen den Block gepreßt wird, werden die federnden .Haltezangen 71 nach außen gedrückt. Wenn die Unterlage in Berührung mit der Oberseite des Blocks steht., federn die Zangen 71 in ihre Normalstellung zurück und die Einrastungen 72 erfassen die Unterlage und befestigen sie am Block.

Ist die Unterlage an ihrem Platz und in ihrer Stellung festgesetzt, so werden die anodischen Elektroden 101 bis 111 gegen die Wirkung der Federn 116 nach unten in den Block gedrückt. Die Anordnung der Paßstifte 70 stellt sicher, daß die anodischen Elektroden 101 bis 111 die Kontaktflächen 26 bis 36 erfassen und daß die Vorratsbehälter 63 bis 69 mit den Widerstandsflächen 13 bis 19 ausgerichtet sind.

Der Deckel 73 wird dann durch Zapfenschrauben 74 und 75 über den Block 51 geschwenkt," wodurch das Gummikissen 76 bis zum Kontakt mit der Unterlage bewegt wird. Der Deckel wird weiter heruntergedrückt, bis die Kontakte 77 des Deckels 73 vom Halter 78 erfaßt wird und den Deckel gegen die Unterlage sichert (Dadurch) ist weiterhin die Unterlage der Druckkraft des Deckels ausgesetzt, was ausreicht um 1. eine Dichtung zwischen Gummikissen 76 und 2. zwischen Unterlage und oberer Fläche 61

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des Blocks 51 zu bewirken, u.m das Entweichen der Anodisierungslösung zu verhindern, wenn der Block umgedreht wird.

Anoden und Kathoden werden von den Stopfen 92 und 93 mit der Anodisierungsstromquelle 122 verbunden, die den Anoden 101 bis 111 ein positives Potential liefert und damit auch den Widerständen 13 bis 19, wobei die Widerstände während der aktuellen Anodisierung als Anoden dienen. Die φ kathodischen Elektroden 83 bis 89 werden zu einem Punkt negativen oder

Erdpotentials im Anodisierungs-Steuerkreis geführt. Geeignete (nicht gezeigte) Widerstands-Überwachungsvorrichtungen, wie etwa ein in Widerstandseinheiten kalibriertes Voltmeter, werden in den Anodisierungs-Steuerkreis eingebaut und mit den Anoden verbunden, um den Widerstandswert jedes Widerstandskörpers zu überwachen.

Beim nächsten Verfahrensschritt nach dieser Methode wird der Stift 54 nun aus der Bohrung im Block 51 herausgezogen und der Block um die Stifte 48 bis 49 herumgedreht, worauf die Anodisierungslösung 123 infolge der Schwerkraft in jeden der Vorratsbehälter fließt. Die Lösung 123 umspült das Ende jeder Kathode und errichtet damit einen^Kontakt zwischen der kathodischen Elektrode in jedem der Vorratsbehälter 63 bis 69 einschließlich der Widerstands we ge 13 bis 19. Dies vervollständigt den individuellen Anodisierungs-Steuerkreis für jeden der Widerstände von der Stromquelle 122 durch das Kabel 121 und die Stopfen 92 durch den Leiter bis zu den Kathoden 83 bis 89. Der Stromlauf wird durch die Anodisierungs-

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lösung 123 zu den Widersländen und den Verbindungswegen durch die Kontaktflächen zurück zu den anodischen Elektroden hinunter und den Leitern 119 zu den Stopfen 93 fortgesetzt und (läuft) durch Kabel 121 zur Stromquelle zurück. Das Anodisierungsverfahren wird fortgesetzt, bis die Überwachungseinrichtung anzeigt, daß die Widerstände 13 bis 19 den gewünschten Wert erreicht haben. Die Stromkreise können individuell abgeschaltet werden, -wenn jeder der Widerstände den gewünschten Wert erreicht. Nachdem alle Widerstände auf ihren Endwerten sind, \vird der Block in seine Normaisteilung mit der Oberfläche 61 uach oben gedrelu und die Unterlage entfernt.

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Claims

IJL Patentansprüche

1. Verfahren zum Anodisieren ausgewählter metallischer Flächen auf einer Unterlage, dadurch gekennzeichnet, daß man jeden ausgewählten metallischen Bereich (z.B. 16) auf der Unterlage (12) mit einer Öffnung (63 bis 69) eines diesbezüglichen Vorratsbehälters ausrichtet, daß man die Flüssigkeit in jedem Vorratsbehälter mittels der Schwerkraft bis zum Kontakt mit den entsprechenden metallischen Flächen laufen läßt und einen Strom durch die Flüssigkeit in jedem Vorratsbehälter anlegt, um die diesbezüglichen metallischen Flächen zu anodisieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorratsbehälter Öffnungen in der oberen Fläche (61) haben, daß die Unterlage mit ihren verschiedenen Flächen mit den Öffnungen der Vorratsbehälter ausgerichtet ist,

daß die Vorratsbehälter umgedreht werden, um die Anodisierungslösung in jedem Behälter bis zum Kontakt mit der diesbezüglichen, für sich stehenden Fläche fließen zu lassen, um einen elektrischen Stromkreis durch die Lösung und die zugehörige Fläche zu vervollständigen, und daß ein elektrischer Stromkreis (122) den Strom zur selektiven Anodisierung der Flächen bereitstellt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Vorrats-

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behälter nur teilweise mit der AnodisierungslÖsung gefüllt wird,

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein federndes Kissen (76) gegen die Unterlage gedrückt wird, um eine Abdichtung zwischen der Unterlage und der Oberseite der Vorratsbehälter zu bilden

5. Apparatur zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche,, gekennzeichnet durch ein um-eine horizontale Achse (74) drehbar angeordnetes Bauteil (51) und eine Mehrzahl von Vorratsbehältern (63 bis 69), die sich in der oberen Fläche (61) desselben befinden, (sowie) Vorrichtungen (73., 79) die die Unterlage gegen das erwähnte Bauteil pressen, so daß ausgewählte Teile mit den Vorratsbehältern ausgerichtet sind, derart, daß bei Füllung jedes Behälters mit Anodisierungsflüssigkeit und beim Umkehren des Bauteils (51) die Flüssigkeit im Kontakt mit dem erwähnten Muster ist, ferner mit Vorrichtungen (122) eteet., um einen Strom durch die Flüssigkeit zu schicken, wenn das Bauteil umgedreht wird, um das erwähnte Muster zu anodisieren.

6. Apparatur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgungseinrichtung bei Drehung des erwähnten Bauteils eingeschaltet wird.

7. Apparatur nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl der Vorratsbehälter zur Aufnahme der Anodisierungsflüssigkeit senkrecht im Bauteil angeordnet ist, wobei, jeder Vorratsbehälter in einer

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Auslaßöffnung endet, deren Ausbildung den diesbezüglichen getrennten und zu anodisierenden Flächen entspricht,

8. Apparatur nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß die Vorrichtung zum. Anlegen eines Stroms aus einem kathodischen Kreis (83 bis 8 9) besteht, der durch den Block läuft und in der Anodisierungsflüssigkeit endet und einem anodischen Kreis (z.B. 110) für die Verbindung mit dem Metallmuster

9. Apparatur nach Anspruch 8., dadurch gekennzeichnet, daß das erwähnte metallische Muster eine Mehrzahl von. Anschlußflächen geringen Widerstands hat,,

daß der Kathodenkreis eine Elektrode (z.B. 88) hat, die innerhalb eines jeden Behälters angeordnet ist und sich bis in die Nähe der oberen Fläche des Blocks erstreckt, um in die Anodisierungsflüssigkeit einzutauchen, wenn man die letztere· bis zum Kontakt mit dem metallischen Muster fließen läßt,

und daß der Anodenkreis eine Mehrzahl anodischer Elektroden (z.B. 110) in derr.Vorratsbehälter umfaßt, die bis zur oberen Fläche des Blocks reichen, um eine Kontaktfl,äche des metallischen Musters zu erfassen.

10. Apparatur nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckfeder (116) konzentrisch um jede anodische Elektrode angeordnet ist, um letztere in senkrechter Aufwärtsrichtung zu belasten, bis sie über die obere Fläche des Blocks hinausragt,

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und daß Einrichtungen vorgesehen sind, um die Unterlage mit der oberen Fläche des Blocks zu verklammern, .Avarauf die Kontaktflächen des metallischen Musters die. anodischen Elektroden erfassen und die belasteten Elelctroden gegen die Wirkung der Federn abwärts drücken, bis das metallische Muster in Berührung mit der Oberseite des Blocks ist.

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