DE1665251B1 - Verfahren zur erzeugung elektrischer klebkontakte - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung F i g. 3 die Erzeugung eines Klebkontaktes zwischen

elektrischer Kontakte mittels härtbarer Polymer- Leitern und einer lichtempfindlichen Schicht,

klebstoffe, die stromleitende Füllstoffe enthalten. Jedes stromleitende Bündel 2 (Fig. 1) bzw. 11

Bekannt ist ein elektrisches Montageverfahren für (F i g. 2), das senkrecht zur Klebstellenfläche orientiert Einzelteile in der Mikroelektronik mit Hilfe strom- 5 ist, erzeugt im anisotropen Klebstoffilml bzw. 10 leitender Klebstoffe auf der Grundlage härtbarer einen Mikrokontakt zwischen den zusammenzukle-Polymerisatharze mit einem hohen Gehalt an Silber- benden Bauelementen 3 und 4 bzw. 7 und 8. Die Anoder Goldpulver. Dieses Verfahren besitzt eine Reihe zahl der Mikrokontakte auf einer Fläche von 1 cm² wesentlicher Nachteile; insbesondere gestattet es nicht kann, je nach Wunsch, zwischen 5 und 10 000 liegen, einen niedrigen Kontaktwiderstand beim Verkleben io Dies hängt vom Typ des überlagerten Magnetfeldes, von Metallen, wie Indium, Gold, Messing und von der Dicke des Klebstoffilms 1 bzw. 11 und von der Ni-Co-Fe-Legierungen, sowie einen Vielpunktkontakt Größe und der Form der Teilchen des stromleitenden mit hoher Kontaktinnigkeit je Flächeneinheit zu er- Füllstoffes ab.
zeugen. Beim Aushärten des Klebstoffilms 1 bzw. 10 im

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe be- 15 homogenen Magnetfeld kann ein hoher Wert des

steht in der Beseitigung der genannten Nachteile Anisotropiefaktors nur bei einem geringen Gehalt an

durch Entwicklung eines wirtschaftlichen Verfahrens stromleitendemFüllstoff,der3bis4Volumprozentnicht

zur Erzeugung elektrischer Kontakte, die einen überschreitet, erhalten werden. Hierbei ist es praktisch

geringen Kontaktwiderstand und eine hohe Kontakt- schwer, die Anzahl der Mikrokontakte zu regeln;

dichte je Flächeneinheit besitzen. 20 letztere sind ungeordnet verteilt, und ihr elektrischer

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß härtbare Widerstand ist äußerst hoch. Wenn dagegen die

Polymerklebstoffe, die als stromleitende Füllstoffe Menge an stromleitendem Füllstoff vergrößert wird,

ferromagnetische Pulver enthalten, angewandt und die so fällt bei Erreichen eines bestimmten Höchstgehalts

Klebstellen in einem inhomogenen Magnetfeld, das der Wert K schroff ab.

im Feldquerschnitt eine wechselnde Intensität besitzt, 25 Daher wird erfindungsgemäß die vorgegebene Angehärtet werden. zahl von Mikrokontakten mit niedrigem elektrischem

Die Benutzung ferromagnetischer Pulver an Stelle Widerstand durch die Anwendung eines inhomogenen von Edelmetallpulvern erhöht wesentlich die Wirt- Magnetfeldes, das im Feldquerschnitt wechselnde schaftlichkeit der Kontaktherstellung. Zweckmäßiger- Intensität besitzt, erhalten. Im inhomogenen Magnetweise wird als stromleitender Füllstoff Nickelpulver 30 feld werden nämlich Anzahl und Lage der stromangewandt, leitenden Teilchenbündel 2 bzw. 11 durch die Anzahl

Der elektrische Kontaktwiderstand der erfindungs- der Garben mit erhöhter Intensität im Feldquerschnitt

gemäß erzeugten Klebstellen wird bedeutend ver- bestimmt.

mindert, wenn der Polymerklebstoffilm in einem Die zur Erzeugung des inhomogenen Magnetfeldes

Magnetfeld erhärtet, der seinerseits auf den elek- 35 benutzten Leiter 5 bzw. 9 aus ferromagnetischem

irischen Widerstand der Klebstelle sich nur dann Material sind ein unbedingt erforderlicher Bestandteil

wirksam erweist, wenn der stromleitende Füllstoff mindestens eines der kontaktierenden Bauelemente 3

ferromagnetische Eigenschaften besitzt. Wenn an die und 4 bzw. 7 und 8.

ungehärteten Klebstoffilme ein Magnetfeld angelegt Die Leiter 5 (F i g. 1) bzw. 9 (F i g. 2), die mit ihrer wird, entstehen induzierte Bündel aus Teilchen des 4° Hauptachse längs der Induktionsrichtung des Magnetstromleitenden Füllstoffes, die in Feldrichtung orien- feldes, das durch einen entsprechend gebauten Elektrotiert sind. Die Härtung der Klebstellen erfolgt Vorzugs- magneten erzeugt wird, angeordnet sind, rufen längs weise zunächst in einem pulsierenden Magnetfeld der Verlängerung der Hauptachsen in ihrer unmittel- und anschließend in einem statischen Magnetfeld. baren Nähe eine erhöhte Intensität des Magnetfeldes

Der im Magnetfeld gehärtete Klebstoffilm besitzt 45 hervor, in welches die Teilchen des stromleitenden

einen anisotropen elektrischen Widerstand, dessen ferromagnetischen Füllstoffes, die hierbei dichte strom-

Größe gekennzeichnet wird durch den Anisotropie- leitende Bündel 2 bzw. 11 bilden, hineingezogen werden,

faktor: Eine Vergrößerung der Menge des stromleitenden

ρ₂ Füllstoffes im Klebstoffilm 1 bzw. 10, der im inhomo-

K ~ — ' 50 genen Magnetfeld gehärtet wird, führt zu keiner Er-

^¹ höhung der Zahl der Mikrokontakte, sondern ruft nur

^{w ei} eine Verminderung des elektrischen Widerstandes jedes

K der Anisotropiefaktor, Mikrokontaktes hervor, wobei diese Kontakte ihre

anfängliche Lage und Anzahl nicht andern.

Q₁ der spezifische elektrische Widerstand längs der ₅₅ Die höchstzulässige Zuteilungsmenge von elek-

Orientierungsrichtung und irischem Füllstoff im Film 1 bzw. 10, der im inhomo-

ρ₂ der spezifische elektrische Widerstand senkrecht S^enen Magnetfeld gehärtet wird, ist 3- bis 5mal

zur Orientierungsrichtung ist. größer als die Menge in einem Film, der im homogenen

Feld gehärtet wird. Hierbei wird der gesamte elek-

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die 60 irische Kontaktwiderstand der Klebstelle auf einer

Erzeugung von Polymerfilmen mit einem Wert K im Fläche von 1 cm² bei einer derartigen Erhöhung der

Bereich von 1 bis 10^1β. Füllstoffmenge 2- bis 4mal geringer.

Nachstehend wird das neue Verfahren an Hand der Der elektrische Kontaktwiderstand der Klebstelle

schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigt kann bedeutend erniedrigt und leichter wiederholbare

F i g. 1 die Erzeugung eines Klebkontaktes zwischen 65 Ergebnisse können erzielt werden, wenn man in der

einem Halbleiterplättchen und einer Drahtglasscheibe, ersten Stufe der Kontaktbildung ein pulsierendes

F i g. 2 die Erzeugung eines Klebkontaktes zwischen Magnetfeld mit einer Frequenz von 0,1 bis 1000 Hz

Drahtglasscheiben und bei einer statischen Induktionskomponente von 50 bis

ORIGINAL INSPECTED

10

15 000 Gs und einer Amplitude von 10 bis 5000 Gs anwendet.

Nach der Behandlung im pulsierenden Magnetfeld muß der vorgehärtete Klebstoffilm 1 bzw. 10 bis zur Beendigung seiner Aushärtung in einem statischen Magnetfeld gehalten werden, dessen Induktionswert nicht geringer als der Restinduktionswert des stromleitenden Füllstoffes sein soll.

Beispiell

Wie in F i g. 1 schematisch dargestellt, ist das HaIbleiterplättchen 3 an der Drahtglasscheibe 4, die auf 1 cm^a Fläche 930 »Kovar«-Leiter 5 enthält, angeklebt. Auf der Oberfläche der Drahtglasscheibe 4 ist zwischen den Leitern 5 durch Vakuumaufstäuben ein Platin-Ausgleichsgitter 6 derart aufgetragen, daß es von den »Kovar«-Leitern 5 isoliert ist. (»Kovar« ist bekanntlich der Handelsname für eine Legierung aus 27 bis 29 % Ni, 19 bis 17 % Co, Rest Fe.)

Angewandt wird ein Klebstoff nachstehender Zusammensetzung:

Gewichtsteile

Epoxyharz »ED-5« mit 21% Epoxyd-

gruppen 100

Diäthylenglykolmonoglycidäther 9 *⁵

Flüssiges Thiokol 15

Nickelpulver 40

Härtungskatalysator 10

die Zahl und Anordnung der vorgesehen Kontakte bestimmt.

Beispiel 4

ZumKleben beispielsweise vonMessingbauelementen wird ein Klebstoff nachstehender Zusammensetzung angewandt:

Gewichtsteile

Epoxyharz »ED-5« 100

Diäthylenglykolmonoglycidäther 7,5

Härtungskatalysator 10

Der Gehalt des Klebstoffs an Nickelpulver und der Kontaktwiderstand der Klebstelle sind aus der Tabelle 1 zu entnehmen.

Tabelle 1

Der gebildete Klebstoffilm 1 erhärtet bei 70⁰C im Laufe von 3 Stunden. Die Magnetfeldinduktion beträgt 500 Gs. Während der ersten 2 Minuten zu Beginn der Härtung läßt man auf den Film ein pulsierendes Magnetfeld mit 0,5 Hz Frequenz, das ein Maximum von 1000 Gs und ein Minimum von 500 Gs besitzt, einwirken.

Im erzeugten Kontaktkörper besitzen sämtliche »Kovar«-Leiter 5 eine zuverlässig elektrisch leitende Verbindung mit dem Halbleiter 3, sind jedoch gleichzeitig vom Platingitter 6 isoliert. Der elektrische Isolationswiderstand zwischen benachbarten »Kovar«- Leitern 5 hängt von der Größe des elektrischen Widerstandes des Halbleiters 3 ab.

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Beispiel2

F i g. 2 zeigt, wie zwei Drahtglasscheiben 7 und 8, die 930 »Kovar«-Leiter 9 mit je 0,15 mm Durchmesser auf 1 cm² Fläche enthalten, zusammengeklebt sind. Die Zusammensetzung des Klebstoffes entspricht dem im Beispiel 1 benutzten. Der Klebstoffilm 10 erhärtet bei 100⁰C im Laufe von 30 Minuten. Der Induktionswert und der Zustand des Magnetfeldes sind ebenfalls gleich den im Beispiel 1 angegebenen. Nach Erhärten des Klebstoffilms liegt der elektrische Widerstand eines Mikrokontaktes, der durch ein Teilchenbündel 11 erzeugt wird, im Bereich von 10 bis 100 Ω. Der elektrische Isolationswiderstand zwischen zwei benachbarten »Kovar«-Leitern beträgt mindestens 10¹⁰ Ω.

Beispiel3

Wie aus F i g. 3 ersichtlich, werden auf die lichtelektrisch empfindliche Schicht oder auf die Luminophorschicht 12, die auf der durchsichtigen stromleitenden Unterlage 13 aufgetragen ist, »Kovar«- oder Nickelleiter 14 angeklebt. Vor dem Ankleben werden die Leiter 14 in Öffnungen in das aus Polytetrafluoräthylen gefertigte Plättchen 15 eingesetzt. Anzahl und Anordnung der Öffnungen im Plättchen werden durch Nickelpulvergehalt

Gewichtsteile

15

40

100

200

Kontaktwiderstand der Klebstelle, Ω cm² außerhalb des
Magnetfeldes
gehärtet

im Magnetfeld
gehärtet

0,0024
0,0020
0,0015
0,00079

0,000170
0,000096
0,000045
0,000036

Die vorgenannte Klebstoffzusammensetzung kann in der Weise abgewandelt werden, daß der Klebstoff neben 2,2 Volumteilen Nickelpulver staubförmigen Quarzsand enthält. Der Klebstoffilm erhärtet bei 75 ⁰C im Laufe von 3 Stunden. Die Magnetfeldinduktion beträgt 500 Gs. Während der ersten 2 Minuten der Aushärtung läßt man auf den Film im pulsierenden Magnetfeld mit 1 Hz Frequenz, das ein Maximum von 1000 Gs und ein Minimum von 500 Gs besitzt, einwirken. Der Kontaktwiderstand der Klebstelle bei verschiedenem Gehalt an Quarzstaub ist in Tabelle 2 angegeben.

Tabelle 2

Quarzstaub
Gewichtsteile

25

50

100

Kontaktwiderstand der Klebstelle, Ω cm²

außerhalb '

des Magnetfeldes :

gehärtet \

im Magnetfeld
gehärtet

0,0049 bis 0,059
0,5 bis >10⁶
>10⁶

0,00048 bis 0,00078
0,00072 bis 0,0016
0,0080 bis 0,015

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herstellung sowohl von untrennbaren wie auch von trennbaren elektrischen Kontakten mit niedrigem elektrischem Kontaktwiderstand.

Gleichzeitig können bis zu 10 000 elektrische Kontakte je cm² hergestellt werden.

Bei der Fertigung von Konstruktionsteilen mit geringer Kontaktierungsdichte, die auch mit Hilfe von herkömmlichen stromleitenden Klebstoffen hergestellt werden können, wird durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Leistungsfähigkeit der Anlage bedeutend erhöht, da alle in einer Ebene angeordneten Kontakte gleichzeitig hergestellt werden können.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung elektrischer Klebkontakte mittels härtbarer Polymerklebstoffe, die stromleitende Füllstoffe enthalten, dadurch

gekennzeichnet, daß als stromleitende Füllstoffe ferromagnetische Pulver angewandt und die Klebstellen in einem inhomogenen Magnetfeld, das im Feldquerschnitt eine wechselnde Intensität besitzt, gehärtet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als stromleitender Füllstoff Nickelpulver angewandt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Härtung anfänglich in einem pulsierenden Magnetfeld und dann in einem statischen Magnetfeld durchgeführt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen