-
Vorrichtung zum Kers-tellen von Kontaktschichten an den Enden elektrischer
Bauelemente Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum herstellen von KontZktschihtell
an den Enden elektrischer Bauelemente, insbesondere elektrischer Widerstände, die
aus einem zylindrischen Trägerkörper aus Isolierma-terial mit einer außen aufgebrachten,
elektrisch aktiven Schicht bestehen, mittels Kathodenzerstäubung, wobei die Bauelemente
in eine Haltevorrichtung eingebracht werden, die nur die zu beschichtenden Enden
freiläßt.
-
Es sind mehrere Verfahren bekannt zur Herstellung von Kontaktschich-ten
an den Enden elektrischer Bauelemente. Besonders bekannt ist das Verfahren, die
Kontaktschichten durch thermische Zersetzung von Metallcarbonylen herzustellen.
Bin Nachteil dieses Verfahrens besteht in der hohen Giftigkeit der verwendeten Stoffe
und der bei der thermischen Zersetzung auftretenden Zerfallsprodukte.
-
Es ist auch schon ein Vakuumverfahlen zur Herstellung von Kontaktschichten
bekannt. Hierzu werden die zylindrischen Bauelementekörper so in eine drehbare Aufnahmevorrichtung
eingesteckt, daß nur die zu metallisierenden Enden freibleiben. Diese Aufnahmevorrichtung
rotiert an einem ausreichend hoch erhitzten Verdampfertiegel vorbei, so daß trotz
punktförmiger Dampfquellen eine allseitige Metallisierung der freiliegenden Oberfläche
erreicht wird. Nachteilig ist bei der zur Durchführung dieses Verfahrens benötigten
Vorrichtung
einmal die Drehdurchführung durch den Vakuumbehälter und vor allem die Tatsache,
daß die Bauelemente in der Aufnahrnevorrichtung einen bestimmten gegenseitigen Mindestabstand
aufweisen müssen, um eine gegenseitige Abschattung des Metalldampfstrahls zu verhindern.
-
Es ist auch schon ein Verfahren zurn Herstellen von elektrischen Widerständen
bekannt, bei dem die lSiderstande zunächst in Form von langen Stangen in einen Kunststoffblock
eingegossen werden. Anschließend wird der Block mitsamt den Widerständen auf die
endgültige Länge gebraucht, z.B. durch Sägen. Mit Hilfe eines Lösungsmittels wird
ein eil der Kunststoffoberfläche wieder entfernt, so daß die zu beschichtenden Stirnseiten
der Widerstände etwas über die Kunststoffoberflächen hervorragen. Nachdem mit Hilfe
eines chemischen Metallisierungsverfahrens die Widerstandsenden und die Kunststoffblockoberfläche
metallisiert worden sind, wird mit Hilfe eines weiteren Lösungsmittels der Kunststoff
völlig aufgelöst. worauf die an ihren Enden me-tallisierten Widerstånde der weiteren
Bearbeitung zugänglich sind.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Herstellen
von Kontaktschichten für elektrische Bauelemente, insbesondere für kappenlose Widerstände
mittels Katkodenze£-stäubung anzugeben, die eine abzugsfeste Lösung der Anschlußdrähte
ermöglichen.
-
Die Lösung dieser Aufgabe ist gekennzeichnet durch eine Vakuumkammer,
in der eine der Zahl der aufzustäubenden Schichten entsprechende Zahl von Metallelektroden
angeordnet ist, von denen die jeweils zur Zerstäubung kommenden als Kathode, die
übrigen als Anode geschaltet sind, durch eine Haltevorrichtung aus einem quaderförmigen
t4etallblock,
in den eine große Anzahl Löcher gebohrt ist, die zur
Aufnahme der Bauelemente geeignet sind und durch eine derartige Anordnung der Metallelektroden
zu den elektrischen Bauelementen in der IIaltevorrichtung und eine derartige Ausbildung
der Haltcvorrichtung, daß beim Herstellen der Kontaktschichten praktisch keine Metallatome
in den Zwischenraum zwischen Bauelement und Lochwandung gelangen können.
-
Damit werden die Vorteile erreicht, daß keine giftigen und explosiven
Materialien verweiidet werden müssen, wie es z.B. beim Metallisieren mittels Metallcarbonyl
der Pall ist, daß die aufgestäubten Kontaktschichten eine höhere Haftfestigkeit
besitzen als die durch Aufdampfen oder chemische Abucheidung hergestellten Schichten,
daß bei jeder Charge eine große Anzahl von Bauelementen gleichzeitig metallisiert
erden kann, daß ohne besonzieren Aufwand mehrere Metalle gleichzeitig oder nacheinander
aufgebracht werden können, daß die in der Haltevorrichtung steckenden Bauelemente
zusammen auf die--selbe, für die Haftfestigkeit vorteilhafte Temperatur aufgeheizt
werden können und daß durch die geschickte Anordnung der Zerstäubungskathode eine
gleichmäßige Metallisierung erreicht werden kann, ohne daß Zerstäubungskathode und
zu beschichtende Bauelemente relativ zueinanzur bewegt werden müssen, Vorzugsweise
sind die jeweils als Kathode bzw. Anode dienenden Metallelektroden in Bezug auf
die in der Haltevorrichtung steckenden Bauelemente symmetrisch angeordnet.
-
Hierdurch wird erreicht, daß beide Enden der Bauelemente gleichzeitig
metallisiert werden können und daß die Metallis ierung ringsum gleichmäßig ausfällt.
-
Vorteilhaft ist in der Vakuumkammer eine Abdeckungsvorrichtung für
die in der Haltevorrichtung steckenden Bauelemente vorgesehen. Hierdurch wird sichergestellt
, daß die zu Beginn jedes Zerstäubungsvorgangs abgestäubten, unreinen Metallschichten
nicht auf die Bauelemente gelangen, wo sie die Haftfestigkeit beeinträchtigen könn
ten0 Ein weiterer Vorteil der Abdeckvorrichtung besteht darin, daß sie die gleichmäßige
Verteilung der Wärme auf alle zu beschichtenden Körper fördert.
-
Vorzugsweise ist die aus dem hauptsachlich abzustäubenden Material
bestehende Elektrode rohrförmig ausgestaltet.
-
Hierdurch wird im Verein mit der im Zentrum aufgestellten Haltevorrichtung
für die Bauelemente erreicht, daß eine allseitige gleichmaßigc Beschichtung der
Bauelementeenden erreicht wird, einschließlich eventuell vorhandener Sacklöcher
in den Stirnflächen, daß aber andererseits praktisch keine Netallatome in den Zwischenraum
zwischen Bauelement und Lochwandung der Haltevorrichtung gelangen können, auch wenn
die Durchmesser von Bauelement und Aufnahmebohrung zueinander fertigungsbedingt
nicht besonders eng toleriert sind.
-
Vorteilhaft wird das zur Zerstäubung benötigte Plasma durch eine um
die Vakuumkammer herumgelegte, mit elektrischer Hochfrequenzenergie gespeiste Spule
erzeugt.
-
Die Vorteile dieser Art der fremderregten Kathodenzerstaubund sind
bekannt; sie-bestehen hauptsächlich in der geringen Gleichspannung zwischen Anode
und Kathode, wodurch die elektrische Isolation erleichtert wird und in der gegenüber
anderen Kathod enzerstäubungsverfahren erhöhten AbstaubungsrateO
Bei
Verwendung einer Spule zur Einkopplung der elektrischen fIochErequenzenergie muß
die rohrförmige Kathode mit Längsschlitzen versehen sein, um eine Abscllirmung des
fiochfrequenzfeldes zu vermeiden.
-
Vorteilhaft ist in der Kathodenzerstäubungsvorrichtung auch eine Heizvorrichtung
für die zu beschichtenden Bauelemente vorgesehen, da die fIaftSestigkeit aufgestäubter
Metalischichten unter Umständen erheblich verbessert; werden kann, wenn die zu beschichtenden
Substrate vorgeheizt sind.
-
Eine -weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Haltevorwichturg
für die zu beschichtenden Bauelemente anzugeben, die einen rationellen Arbeitsablauf
ermöglicht, einen sicheren elektrischen Kontakt zwischen der elektrisch aktiven
Schicht der Bauelemente und den aufgestäuben Kontaktschichten sichert und die gleichzeitig
ein Eindringen der Kontaktmetallatome in den Zwischenraum zwischen Bauelement und
Haltevorrichtung verhindert.
-
Eine Lösung dieser Aufgabe ist gekennzeichnet durch eine Haltevorrichtung,
die aus drei Teilen zusammengesetzt ist, von denen das mittlere Teil, das die zu
beschichtend n Bauelemente aufnimmt, so dick ist wie die Bauelemente lang sind und
angesenkte Bohrungell:besitzt, während die beiden äußeren Teile wesentlich dünne
sind und schlüssellochartige Öffnungen besitzen, derart daß einerseits die Bauelemente
in der Halterung gehalten werden, andererseits aber durch die aufgestäubte Metallschicht
ein elektrischer Kontakt von der Stirnfläche des elektrischen Bauelements zur Mantelfläche,
die. die elektrisch aktive Schicht trägt, hergestellt wird.
-
Damit ergeben sich die Vorteile, daß durch den Einsatz der zusätzlichen
Blendenplatten die Toleranzbedingungen für die Durchmesser von Bauelement und Aufnahmebohrung
zueinander wesentlich geringer sind, daß durch die Ansenkungen der Löcher eine definierte
Beschichtung auch der Mantelfläche an einem Kantenabschnitt der Bauelemente ermöglicht
wird, daß durch den schlüssellochartigen Ausschnitt in der Blendenplatte an wenigstens
einer Stelle ein defiierter Kontakt zwischen 5 stirnseitiver Ifontak-tschicht und
elektrisch aktiver Schicht hergestellt wird und daß die Bauelemente während des
gesamten Bestäubungsvorgangs unverrückbar fest in der Aufnahmevorrichtung gehaltert
sind.
-
Vorzugsweise besitzen die schlüssellochartigen Öffnungen der Blendenplatte
starke Arisenkungen, um den seitlichen Zutritt der Metallatome zu dem Bauelement
zu erleichtern.
-
Eine weitere Lösung der vorstehend aufgezeigten Aufgabe ist gekennzeichnet
durch eine Haltevorrichtung, die aus einem festen Mittelteil, aus dem die zu beschichtenden
Bauelemente mit ihren Enden herausragen, und aus zlfei seitlichen, dünnen Metallfolien
besteht, in die mit Hilfe von Gummiwalzen oder -platten als Gegenlager durch die
Bauelemente selbst ihrem Querschnitt' entsprechende Öffnungen gestanzt sind, derart
daß die verbleibende Folie trichterförmig an den überstehenden Mantelflächen der
Bauelemente anliegt und sie in ihrer Lage festhält.
-
Hierdurch werden die Vorteile erzielt, daß auf den ganzen Umfang der
Bauelemente ein elektrischer Kontakt zwischen der aktiven Schicht und der Kontaktachicht
auf der Stirnfläche gewährleistet wird, daß eine völlige Abdichtung der nicht zu
beschichtenden Bereiche der Bauelemente von den zu beschichtenden erreicht wird
und daß die Toleranzbedingungen der Durchmesser von Bauelement und Aufnahmebohrung
noch
geringer sind. Die Folie wird nach jedem Beschichtungsvorgang verworfen. Hierdurch
wird die bei anderen Aufnahme-und HalL vorric:tungen erforderliche Entfernung der
auf die Oberseite aufgestäubten Metallschicht umgangen, so daß das Mittelteil dieser
Haltevorrichtung mit seinen vielen iiufnahmeborungen praktisch unbegrenzt haltbar
ist. Auf Grund der Tatsache, daß die zu beschichtenden Körper der elektrischen Bauelemente
selbst als Werkzeug dienen, wird auch bei stark unterschiedlichen Durohmessern von
Bauelementen oder Aufnahmebohrungen immer eine völlige Abdichtung der nicht zu beschichtenden
Flachen erreicht.
-
Als Folienmaterial ist vorteilhaft Aluminium geeignet, da es leicht
erhältlich, billig und genügend elastisch ist.
-
Vorzugsweise ist die mit den Aufnahmebohrungen versehene Mittelplatte
zweiteilig ausgeführt. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß die Abdichtung des
Innenraumes durch die aufgewalzten Folien so gut ist, daß nach dem Evakuieren-der
Zerstäubungskalnmer störende Gasres-te zwischen den Abdeckfolien verbleiben können,
die jetzt durch den Spalt zwischen den beiden Mittelplattenhälften leichter entweichen
können Sofern die zu metallisierenoen Körper verrundete Kanten besitzen und deshalb
nich-t selbst a]s Prägewerkzeug dienen können, sind die Abdeckfolien mit Unte-&maß
vorgestanzt, so daß sie sich beim Ausbringen auf die zu metallisierenden Körper
trichterförmig anlegen.
-
Anhand der Zeichnungen soil die Erfindung näher erläutert werden.
-
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine speziell zum Metallisi erer
der Enden on e elektrischen Widerständen geeigneten
Kathodenzerstaubungsanlage.
Man erkennt einen Vakuumbehälter 1 aus Glas mit je einer Frontplatte 2 und 3, wobei
die Frontp?tte 3 einen Pohrstutzen 4 zum Anschluß an eine Vakuumpumpe besitzt. Um
den zylindrischen Behälterteil 1 ist eine Spule 5 herumgelegt, mit deren Hilfe elektromagnetische
Energie in das Innere des Vakuumbehälters eingekoppelt wird, um dort ein Ringentladungsplasma
zu erzeugen. Im Zentrum des Vakuumbehälters 1 befindet sich die Haltevorrichtung
6, aus der seitlich die zu beschichtenden Enden der Bauelemente 7 herausragen. Links
und rechts von der Haltevorrichtung 6 sind die Elektroden 8 und 9 angeordnet, die
aus den abzustäubenden Materialien bestehen und liechselazeise als Anode bzw. Kathode
geschaltet werden können. Die Stromzuführungen zu diesen Elektroden sind der Übersicht
11 chkeit halber nicht eingezeichnet. Die Elektrode 8 besteht aus dem hauptsächlich
zu bestäubenden Material, z.B. Nickel, und ist rohLlörmig ausgebildet, um eine allseitige,
gleichmäßige Bestäubung der Enden der Bauelemente 7 zu gewährleisten, möglichst
ohne daß einzelne abgestäubte Atome in den Zwischenraum zwischen Bauelement 7 und
Bohrung der Haltevorrichtung 6 gelangen. Die Elektrode 9 besteht aus einem anderen
iateriai, z.B. aus Gold , wenn eine zusätzliche Vergoldung der Bauelementeenden
erwünscht ist, oder aus Lotmetall, wenn eine flußmittelfreie Lötung auch nach längerer
Lagerzeit möglich sein soll.
-
Die Figuren 2 und 3 zeigen im Schnitt (Fig.2) bzw. in Draufsicht (Fig.3)
einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Haltevorrichtung 6. Man erkennt das
in der angesenken Aufnahmebohrung des Mittelteils 61 steckende Bauelement 7, hier
mit einer Sackbohrung zur Befestigung eines Anschlußdrahtes versehen, das mit der
Oberfläche des Mittelteils 61 hündig abschließt. Die Befestigung
und
Abdeckung des Bauelements 7 erfolgt durch die äußere Blendenplatte 62, mit angesenkten
Bohrungen und einer schlüssellochartigen Ausnehmung 621. Durch diese schlüssellochartige
Aussparung 621 in der Blendenplatte 62 wird erreicht, daß auch bei großen Durchmessertoleranzen
zwischen Aufnahmebohrung und Bauelement 7 keine unerriiuischte Metallisierung der
elektrisch aktiven Schicht auf der Mantelfläche des Bauelements 7 erzeugt wird,
sondern daß nur an vorbestimmten Stellen ein elektrischer Kontakt zwischen der stirnseitigen
Metallschicht und der mantelseitigen elektrisch aktiven Schicht hergestellt wird.
-
Selbstversiändlich können bei Bedarf mehrere schlüssellochartige Ausnehmungen
621 vorgesehen sein, so daß an entsprechend vielen Stellen ein elektrischer Kontakt
zwischen der Kontaktschicht und der elektrisch aktiven Schicht ermöglicht wird.
Hängt man die plattenförmige Haltevorrichtung senkrecht in die Vakuumapparatur,
wobei die Aussparungen der Schlüssellöcher nach unten zeigen, so liegen die zu beschichtenden
Körper infolge der Schwerkraft an dieser Stelle dicht an der Wandung des mittleren
Teils 61 an.
-
Fig. 4 zeigt die erfindungsgemäße Ausbildung der Haltevorrichtung
6 mit aufgewalzten Folien. Man erkennt im Schnitt das feste Mittelteil 63 mit einfachen,
durche'-henden Bohrungen, in die das Bauelement 7 eingesteckt ist. Auf die überstehenden
Enden des Bauelements wurde unter Zuhilfenahme von Gummiwalzen oder -stempeln als
Gegenlager zwei Metallfolien 64 aufgepreßt, wobei dem Körperquerschnitt entsprechende
Öffnungen in die Folien 64 gestanzt werden und die verbleibende Folie sich trichterformig.
an den vorstehenden Mantelflächen des Bauelements 7 anlegt, diese abdichtet sowie
das Bauelement 7 selbst in seiner Large fes hält.
-
Insbesondere die zuletzt vorgeschlagene Haltevorrichtung eignet sich
außer für das Kathodenzerstäubungsverfahren auch zur Herstellung von Kontakbschichten
durch das bekannte Carbonylverfahren, durch Aufdampfen, Schoopen, Plasmaspritzen
und für galvanische und stromlose etallisierungen, da die aufgewalzte Polie 64 eine
vollständige Abdichtung ermöglicht. Bei Vakuumverfahren muß daher das feste Mittelteil
63 zrJeckmäßigerweise zweiteilig ausgebildet werden, um durch den entstehenden Spalt
die sonst sehr schwierige Evakuierung zu erleichtern.
-
13 Patentansprüche 4 Figuren