DE2256818A1 - Thin film circuit with chromium/carbon bonding layer - between insulating base plate and electrically functional layer, for improved adhesion - Google Patents
Thin film circuit with chromium/carbon bonding layer - between insulating base plate and electrically functional layer, for improved adhesionInfo
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Abstract
Description
Dünnschicht-Schaltkreis Die Erfindung betrifft einen Dünnschicht-Schaltkreis, zusammengesetzt aus einem Trägerplättchen aus Isolierstoff, darauf angebrachten, elektrische Funktionen ausübenden Schichten und gegebenenfalls vorgefertigten elektrischen Bauelementen, sowie auf dem Trägerplättchen erzeugten Leitungsbahnen, die als Verschaltung und/oder Kontaktierung zwischen den Schichten und den Bauelementen dienen, wobei eine Haftzwischenschicht zwischen dem Substrat und den die eigentlichen elektrischen Funktionen ausübenden Schichten vorgesehen ist.Thin-film circuit The invention relates to a thin-film circuit, composed of a carrier plate made of insulating material, attached to it, Layers performing electrical functions and, if necessary, prefabricated electrical ones Components, as well as conductor tracks generated on the carrier plate, which are used as interconnection and / or contact between the layers and the components are used, wherein an intermediate adhesive layer between the substrate and the actual electrical Functions exercising shifts is provided.
Aus der DT-PS 1 257 918 ist ein integrierter Schaltkreis der eingangs genannten Art bekannt, bei dem die Haftzwischenschicht aus einer Chrom-Nickel-Legierung besteht, die in einer Stärke aufgetragen ist, die einen Flächenwiderstand von 50 bis 500 Ohm ergibt, während die darüber befindliche Goldschicht in einer Stärke, die einen Flächenwiderstand von 0,05 bis 1 Ohm ergibt, aufgetragen ist. Zwischen Goldschicht und Chrom-Nickel-Schicht existiert eine Legierungszone, die weder bis zum Isoliermaterial, noch bis zur Oberfläche der Leitungsbahn reicht.From the DT-PS 1 257 918 an integrated circuit is the initially known type, in which the adhesive intermediate layer is made of a chromium-nickel alloy which is applied in a thickness that has a sheet resistance of 50 results in up to 500 ohms, while the gold layer above it has a thickness which gives a sheet resistance of 0.05 to 1 ohm is plotted. Between Gold layer and chromium-nickel layer exists an alloy zone that is neither up to the insulating material, even to the surface of the conductor path.
Aus der DT-OS 1 540 166 ist ein fester oder verstellbarer elektrischer Widerstand bekannt, bei dem sich auf einem dielektrischen Substrat eine Chromschicht befindet, welche durch thermische Zersetzung einer Chrom-Carbonyl-Lösung erhalten wurde und zur Verbesserung ihrer elektrischen Eigenschaften 1 bis 15 V1o Kohlenstoff enthält.From DT-OS 1 540 166 is a fixed or adjustable electrical Known resistor in which a layer of chromium is located on a dielectric substrate which is obtained by thermal decomposition of a chromium carbonyl solution and to improve their electrical properties 1 to 15 V1o carbon contains.
Aus der DT-AS 1 954 083 ist ein Verfahren zur Herstellung von guthaftenden anorganischen Schichten auf Kunststoffen durch thermisches Verdampfen der Schichtstoffe im Hochvakuum bekannt. Bei diesem Verfahren soll zur Verbesserung der Haftung einer Glasschicht an einem Kunststoffträger zu Beginn der Glasverdampfung in der Vakuumkammer eine Kohlenwasserstoff-Atmosphäre erzeugt werden. Als bevorzugter Kohlenwasserstoff wird Butadien vorgeschlagen.From DT-AS 1 954 083 is a method for the production of well-adhering inorganic layers on plastics by thermal evaporation of the laminates known in high vacuum. In this process, to improve the adhesion of a Glass layer on a plastic carrier at the beginning of the glass evaporation in the vacuum chamber a hydrocarbon atmosphere can be generated. As a preferred hydrocarbon butadiene is suggested.
Aus der DT-OS 1 931 412 ist ein Verfahren zur Herstellung von Widerstands schichten mit hohem spezifischen Widerstand und niedrigem Temperaturkoeffizienten bekannt, bei dem Molybdän oder Wolfram in einer Methangas-Atmosphäre auf ein Substrat aufgedampft werden.From DT-OS 1 931 412 there is a method for the production of resistance layers with high resistivity and low temperature coefficient known where molybdenum or tungsten in a methane gas atmosphere on a substrate be vaporized.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Zwischenschicht zur Erhöhung der Haftfestigkeit von im Vakuum aufgebrachten Leiterbahnen und Sandwich-Schichten untereinander sowie auf anorganischen und organischen Substraten anzugeben.The invention is based on the object of an improved intermediate layer to increase the adhesive strength of conductor tracks and sandwich layers applied in a vacuum among each other as well as on inorganic and organic substrates.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß als Haftschicht eine Chrom-Kohlenstoff-Schicht mit einem Gehalt von 1 bis 20 % Kohlenstoff dient.This object is achieved in that a chromium-carbon layer is used as the adhesive layer with a content of 1 to 20% carbon is used.
Gegenüber der bisher verwendeten Chrom-Nickel-Haftschicht zeichnet sich die erfindungsgemäße Schicht durch eine erhöhte Haftfestigkeit und durch eine einfachere Herstellung aus. Hervorzuheben ist auch die erhöhte Standfestigkeit der Chrom-Verdampferschiffchen, da Verdampferschiffchen durch einen Nickelanteil im Verdampfergut stark angegriffen werden.Compared to the previously used chrome-nickel adhesive layer the layer according to the invention by an increased adhesive strength and by a easier manufacture. The increased stability of the Chrome evaporation boat, as the evaporation boat has a nickel content in the Evaporation material are severely attacked.
Vorzugsweise wird die Haftzwischenschicht in einer Stärke aufgetragen, die einen Flächenwiderstand zwischen 20 und 500 Ohm ergibt. Bekanntlich ist die Haftfestigkeit dünner Schichten größer als die von dicken Schichten. Trotzdem wurde die Haftfestigkeit von dicken Chrom-Kohlenstoff-Schichten höher als die von dünnen Chrom-Nickel-Schichten gefunden.The intermediate adhesive layer is preferably applied in a thickness which results in a sheet resistance between 20 and 500 ohms. It is well known that Adhesion strength of thin layers greater than that of thick layers. Still it was the adhesive strength of thick chromium-carbon layers is higher than that of thin ones Chromium-nickel layers found.
Ebenso wie Chrom-Nickel-Schichten stellen die erfindungsgemäßen Chrom-Kohlenstoff-Schichten Widerstands schichten mit hoher Stabilität und kleinem Temperaturkoeffizienten des Widerstandes dar. Ihr spezifischer Widerstand ist um den Faktor 2 höher als der von Chrom-Nickel-Schichten, wodurch bei Schichtschaltungen und diskreten Bauelementen leicht höhere Widerstandswerte realisiert werden können.The chromium-carbon layers according to the invention represent the same as chromium-nickel layers Resistance layers with high stability and a small temperature coefficient of the Resistance. Their specific resistance is higher than that by a factor of 2 of chromium-nickel layers, which makes for layered circuits and discrete components slightly higher resistance values can be realized.
Durch Steuerung des Kohlenstoffgehalts in der Schicht in Verbindung mit einer geeigneten Substrattemperatur während der Schichtherstellung und einer geeigneten Temperung nach Fertigstellung der Schichten kann der Temperaturkoeffizient zwischen + 100 und - 100 ppm / °C eingestellt werden. Eine weitere Veränderung der Eigenschaften der erfindungsgemäßen Schicht kann vorteilhaft durch Hinzufügen eines Anteils Nickel erfolgen.Connected by controlling the carbon content in the layer with a suitable substrate temperature during layer production and a suitable tempering after completion of the layers can be the temperature coefficient can be set between + 100 and - 100 ppm / ° C. Another change in the Properties of the layer according to the invention can be advantageous by adding a Proportion of nickel.
Ein geeignetes Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Dünnschichtschaltkreises ist dadurch gekennzeichnet, daß das Chrom in einer Kohlenwasserstoffatmosphäre reaktiv aufgedampft wird. Die einströmende Rate des Kohlenwasserstoffs wird vor dem Verdampfen des Chroms mit einem Dosierventil so eingestellt, daß die Druckanzeige am Ionisationsvakuummeter je nach antestrebter Aufdampfrate des Chroms zwischen 1.10 6 und 1.10 5 Torr liegt. Beim anschließenden reaktiven Verdampfen zerfällt der Kohlenstoff an der frisch kondensierten Metalloberfläche, wobei Kohlenstoff in die Schicht eingelagert und der Wasserstoff als Molekül frei wird. Dies bedingt im Rezipienten eine Abnahme des Partialdruckes des Kohlenwasserstoffs und eine deutliche Zunahme des Wasserstoff-Partialdrucks. Im Totaldruck äußert sich dies Je nach Verdampfungsrate und verwendetem Kohlenwasserstoff durch einen mehr oder minder ausgeprägten Druckabfall.A suitable method for manufacturing a thin film circuit according to the invention is characterized in that the chromium is reactive in a hydrocarbon atmosphere is vaporized. The inflow rate of the hydrocarbon is prior to evaporation of the chromium adjusted with a metering valve so that the pressure indicator on the ionization vacuum meter depending on the desired evaporation rate of the chromium between 1.10 6 and 1.10 5 Torr. During the subsequent reactive evaporation, the carbon breaks down on the fresh condensed Metal surface, with carbon embedded in the layer and the hydrogen as a molecule becomes free. This causes a decrease in the partial pressure in the recipient of the hydrocarbon and a significant increase in the partial pressure of hydrogen. This is expressed in the total pressure, depending on the evaporation rate and the hydrocarbon used by a more or less pronounced pressure drop.
Vorteilhaft werden gasförmige Kohlenwasserstoffe verwendet, deren Anteil an Wasserstoff klein in Bezug auf ihren Anteil an Kohlenstoff ist. Besonders bevorzugt sind dabei Kohlenwasserstoffe mit Kohlenstoff-Mehrfachbindung. Solche Kohlenwasserstoffe sind Alkene, Alkine, Azetylene, Propylen, Propin und Benzol. Selbstverständlich sind auch Kohlenwasserstoffe die anderen Elemente (Stickstoff, Sauerstoff, ..) als Radikal enthalten auch anwendbar.Gaseous hydrocarbons are advantageously used, their Proportion of hydrogen is small in relation to its proportion of carbon. Particularly Hydrocarbons with multiple carbon bonds are preferred. Such Hydrocarbons are alkenes, alkynes, acetylenes, propylene, propyne and benzene. Of course, hydrocarbons are also the other elements (nitrogen, Oxygen, ..) as a radical also applicable.
Bei diesem Verfahren wird als einziges Material Chrom verdampft. Der Kohlenstoffgehalt der aufgedampften Schicht wird eingestellt durch die Rate des Kohlenwasserstoffes und durch die Temperatur des Substrats während des Aufdampf-Vorgangs. Die Temperatur der Substrate reicht je nach verwendeter Verbindung und gewunschter Schichtstruktur (Kristallitgröße, Temperaturkoeffizient) von tiefen Temperaturen (ca. -1000 C) bis unterhalb die Temperaturen, bei denen Pyrolyse auftritt. Vorzugsweise liegt sie zwischen Raumtemperatur und 5000 C.In this process, chromium is the only material that evaporates. Of the Carbon content of the vapor deposited layer is adjusted by the rate of the Hydrocarbon and by the temperature of the substrate during the vapor deposition process. The temperature of the substrates is sufficient depending on the compound used and the desired one Layer structure (crystallite size, temperature coefficient) at low temperatures (approx. -1000 C) to below the temperatures at which pyrolysis occurs. Preferably it is between room temperature and 5000 C.
Ein weiteres Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen DUnnschicht-SchaltkreL3es mit Hilfe der Vakuumbeschichtungstechnik ist dadurch gekennzeichnet, daß Chrom und Kohlenstoff im Hochvakuum simultan aufgedampft und anschließend an Luft bei 2000 bis 4000 C getempert werden.Another method of making a thin film circuit according to the invention with the help of vacuum coating technology is characterized in that chromium and Simultaneously evaporated carbon in a high vacuum and afterward be tempered in air at 2000 to 4000 C.
Vorzugsweise erfolgt das Verdampfen der beiden Materialien mit Hilfe eines Elektronenstrahls aus geirennten Tiegeln, wobei das Gewichtsverhältnis der aufgedampften Schicht durch die Verweilzeit des Elektronenstrahls auf den Jeweiligen Materialien eingestellt wird. Während des Aufdampfens wird das Substrat vorteilhaft auf Temperaturen zwischen 2000 und 4000 C aufgeheizt.The evaporation of the two materials is preferably carried out with the aid an electron beam from separated crucibles, the weight ratio being the vapor-deposited layer due to the dwell time of the electron beam on the respective Materials is set. During the vapor deposition, the substrate becomes advantageous heated to temperatures between 2000 and 4000 C.
Vorteilhaft kann das Chrom auch in einer Kohlenwasserstoff-Atmosphäre durch Zerstäuben, z.B. durch Kathodenzerstäubung, auf die Substrate aufgebracht werden.The chromium can also be advantageous in a hydrocarbon atmosphere applied to the substrates by sputtering, e.g. by cathode sputtering will.
Widerstands schichten aus Chrom-Kohlenstoff besitzen bei einem Flächenwiderstand von ca. 80 Ohm und bei einem Kohlenstòffgehalt von 1 bis 20 GewVa Werte des Widerstandstemperaturkoeffizienten zwischen + 100 und - 100 ppm / °C.Chrome-carbon resistive layers have a sheet resistance of approx. 80 Ohm and with a carbon content of 1 to 20 wtVa values of the resistance temperature coefficient between + 100 and - 100 ppm / ° C.
Schichten mit einem Gehalt zwischen 5 und 13 GewfO Kohlenstoff weisen eine geringe Streubreite des Temperaturkoeffizienten auf, die TK-Werte liegen zwischen etwa -30 und -40 ppm / OC. Durch Erhöhen der Substrattemperatur und höhere Temperaturen bei der Temperung läßt sich der Temperaturkoeffizient gegen Null verschieben.Layers with a content between 5 and 13 GewfO carbon shows a small spread of the temperature coefficient, the TC values are between around -30 and -40 ppm / OC. By increasing the substrate temperature and higher temperatures during tempering, the temperature coefficient can be shifted towards zero.
Ein Bild über die Haftfestigkeit von erfindungsgemäßen Chrom-Kohlenstoff-Schichten vermitteln die folgenden Ergebnisse. Aul ein Corning-Glas 7059 wurde zunächst die Haftschicht und darauf-eine Goldschicht von ca. 200 nm Dicke aufgedampft. Bestimmt wurde die maximale Abschälkraft von aufgelöteten Kupferbändern, die in allen Fällen die gleiche Fläche besaßen. Bei einer Haftschicht aus Chrom-Nickel mit einem Flächenwiderstand von 40 Ohm ergab sich eine Abschälkraft zwischen 3,0 und 5,0 N. Bei einer Haftschicht aus Chrom-Kohlenstoff mit einem Flächenwiderstand von 20 Ohm ergab sich eine Abschälkraft zwischen 6,0 und 7,0 N. Bei einer Haftschicht aus Chrom-Kohlenstoff mit einem Flächenwiderstand von 100 Ohm ergab sich eine Abschälkraft zwischen 7,0 und 9,0 N. Bei der Chrom-Nickel-und der dickeren Chrom-Kohlenstoff-Schicht wurde die Haftschicht vom Glas abgerissen. Bei dünnen Chrom-Kohlenstoff-Schichten dagegen schält sich das Kupferband vom Lot ab.A picture of the adhesive strength of chromium-carbon layers according to the invention convey the following results. Aul a Corning glass 7059 was initially the Adhesive layer and a gold layer approx. 200 nm thick vapor-deposited on it. certainly was the maximum peel force of soldered copper tapes in all cases possessed the same area. With an adhesive layer made of chrome-nickel with a sheet resistance of 40 ohms resulted in a peeling force between 3.0 and 5.0 N. Adhesive layer a peel force resulted from chromium-carbon with a sheet resistance of 20 ohms between 6.0 and 7.0 N. With an adhesive layer made of chromium-carbon with a sheet resistance of 100 ohms resulted in a peeling force between 7.0 and 9.0 N. With the chrome-nickel and the thicker chromium-carbon layer, the adhesive layer was torn from the glass. With thin chromium-carbon layers, on the other hand, the copper tape peels off the solder away.
Die Verbindung Glas zu Chrom-Kohlenstoff zu Gold plus Lot ist so fest, daß stellenweise aus dem Substrat Glasstücke herausgebrochen werden.The connection of glass to chromium-carbon to gold plus solder is so strong, that pieces of glass are broken out of the substrate in places.
Die Anwendungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Haftschicht beschränkt sich nicht auf die Verbesserung der Haftung von Gold. Vielmehr können Leiterbahnen aus Aluminium und anderen geeigneten Metallen auf Substraten, wie Glas und Keramik, aber auch auf Kunststoffolien verbessert werden. Auch die Haftfestigkeit von Schutzschichten, z.B. aus Siliziummonoxid, kann damit verbessert werden.The possible uses of the adhesive layer according to the invention are limited does not focus on improving the adhesion of gold. Rather, conductor tracks can made of aluminum and other suitable metals on substrates such as glass and ceramics, but can also be improved on plastic films. The adhesive strength of protective layers, e.g. made of silicon monoxide, can be improved with it.
Chrom-Kohlenstoff-Schichten sind besonders abriebfest und unempfindlich gegen äußere Einflüsse. Sie sind - im Gegensatz zu reinen Chrom-Schichten - relativ säureresistent.Chromium-carbon layers are particularly wear-resistant and insensitive against external influences. In contrast to pure chrome layers, they are relative acid resistant.
Durch Salpetersäure lassen sie sich langsam, aber sehr gleichmäßig auflösen, wobei eine geringe Uberätzungsgefahr besteht.With nitric acid they can be removed slowly but very evenly dissolve, with a low risk of overcutting.
Die Zeichnung zeigt einen erfindungsgemäßen DUnnschicht-Schaltkreis im Schnitt. Man erkennt ein Substrat 1 aus Isoliermaterial. Darauf ist eine Haftzwischenschicht 2 aus Chrom und Kohlenstoff aufgebracht. Diese Schicht verbessert die Haftung der Leiterbahnenschicht 3. Teile der Haftschicht 2 sind in dem mit den. Bezugszeichen 4 belegten Bereich auch als Widerstandsschicht eingesetzt.The drawing shows a thin-film circuit according to the invention on average. A substrate 1 made of insulating material can be seen. There is an intermediate adhesive layer on top 2 made of chromium and carbon. This layer improves the Adhesion of the conductor track layer 3. Parts of the adhesive layer 2 are in the one with the. Reference numeral 4 occupied area is also used as a resistance layer.
11 Patentansprüche 1 Figur11 claims 1 figure
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|---|---|---|---|
| DE2256818A Pending DE2256818A1 (en) | 1972-11-20 | 1972-11-20 | Thin film circuit with chromium/carbon bonding layer - between insulating base plate and electrically functional layer, for improved adhesion |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE2256818A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0030633A1 (en) * | 1979-12-17 | 1981-06-24 | International Business Machines Corporation | Nickel-gold-nickel conductors for solid state devices |
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1972
- 1972-11-20 DE DE2256818A patent/DE2256818A1/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0030633A1 (en) * | 1979-12-17 | 1981-06-24 | International Business Machines Corporation | Nickel-gold-nickel conductors for solid state devices |
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