DE2454583B1 - Verfahren zum herstellen einer duennfilmschaltung - Google Patents

Description

• In der DT-OS 15 90 556 ist ein Verfahren zur Herstellung von Dünnfilmschaltungen beschrieben, bei dem zum zwischenzeitlichen Messen von Dünnfilmwiderständen Hilfsleitungen aus Silber oder Gold vorgesehen sind, die im Anschluß an den Widerstandsabgleich mittels eines Glasschneiders, einer Schere od. dgl. abgetrennt werden.
• Es ist weiterhin bekannt, eine metallische Dünnfilmschicht, z. B. eine Aluminiumfolie, durch anodische Oxydation so zu behandeln, daß begrenzte Isolierbereiche entstehen, die sich über die gesamte Dicke der Schicht erstrecken und die jeweils durch vollständige Anodisation gebildet sind (DT-OS 22 02 520).
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von Dünnfilmschaltungen zu schaffen, bei dem elektrische Leitungsbrücken, die nur zwischenzeitlich, d. h. während des Abgleichens oder Messens benötigt werden, auf einfache und rationelle Weise hergestellt und aufgetrennt werden können.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß für die besonderen Leitungsbahnen ein Metall verwendet wird, dessen Oxyd ein Nichtleiter ist, und daß die besonderen Leitungsbahnen nach dem Abgleich und/oder nach der Messung dadurch aufgetrennt werden, daß sie durch anodische Oxydation zumindest auf einem Teil ihrer Länge vollständig in das nichtleitende Metalloxyd übergeführt werden.
• Bei einem Verfahren mit diesen Merkmalen können die besonderen Leitungsbahnen durch eine räumlich begrenzte anodische Oxydation mit geringstmöglichem Aufwand aufgetrennt werden. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung läßt sich das Verfahren besonders rationalisieren, wenn als Metall für die besonderen Leitungsbahnen das gleiche Metall wie für die Widerstandsschichten verwendet wird.
• Dann können nämlich die Widerstandsschichten und die besonderen Leitungsbahnen in einem Arbeitsgang hergestellt werden.
• Nach einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Verfahren so gestaltet, daß zum anodischen Oxydieren einer besonderen Leitungsbahn eine Stelle dieser Leitungsbahn mit einem Pol einer Gleichspannungsquelle verbunden wird, während an einer benachbarten Stelle derselben Leitungsbahn eine elektrolytgetränktes Fasermaterial enthaltende Hülse mit einer aus einem Ende der Hülse hervorstehenden und in das Fasermaterial eintauchenden Faserspitze aufgesetzt wird und eine mit dem Fasermaterial elektrisch verbundene Elektrode mit dem anderen Pol der Gleichspannungsquelle verbunden wird. Auf diese Weise kommt man mit einer einfachen Vorrichtung nach Art eines Faserschreibers aus, um eine besondere Leitungsbahn aufzutrennen.
• Zweckmäßige Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie die Ausbildung einer zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Vorrichtung gehen aus den Unteransprüchen hervor. An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeutet Fig. 1 einen Ausschnitt aus einer komplett bestückten Dünnfilmschaltung in vergrößertem Maßstab, Fig. 2 eine Schnittansicht eines mit Elektrolyt gefüllten Troges, in den eine Dünnfilmschaltung ohne diskrete elektrische Bauelemente eingehängt ist, Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine faserschreiberähnliche Vorrichtung zum anodischen Oxydieren, Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht der Oxydationsstelle der Dünnfilmschaltung, F i g. 5 einen stark vergrößerten Ausschnitt aus einer Dünnfilmschaltung mit einer mäanderförmigen Widerstandsschicht und F i g. 6 eine Ansicht einer Dünnfilmschaltung ähnlichFig. 5.
• In F i g. 1 bezeichnet 1 eine isolierende Platte, beispielsweise aus Glas oder Keramik. Parallel zu einer Seiten kante der beispielsweise rechteckigen Glasplatte befinden sich in gewissen Abständen Kontaktflächen 2 bis 6, an die sich je eine Leitungsbahn 7 bis 11 anschließen. Die genannten Leitungsbahnen stellen elektrische Verbindungen zu den Anschlüssen von diskreten elektrischen Bauelementen und dünnen Widerstandsschichten her. Zu den diskreten elektrischen Bauelementen gehören Kondensatoren 12 bis 15 sowie Transistoren 16 und 17. Als Widerstände dienen eine mäanderförmig gestaltete dünne Widerstandsschicht 18 sowie eine rechteckige Widerstandsschicht 19.
• Die Platte 1 trägt unter anderem auch noch Leitungsbahnen 20, die nur zur Verbindung zwischen Anschlüssen der elektrischen Bauelemente dienen und nicht unmittelbar an eine der Kontaktflächen 2 bis 6 führen.
• Die Kontaktflächen, Leitungsbahnen und Widerstandsschichten werden nach einem bekannten Verfahren beispielsweise folgendermaßen hergestellt.
• Auf die Platte 1 wird zunächst eine dünne Tantalschicht und darauf eine Kupferschicht aufgebracht.
• Das Kupfer schließt also zunächst die einen höheren spezifischen Widerstand aufweisende Tantalschicht kurz. Durch einen ätzfesten Abdecklack werden diejenigen Bereiche der beschichteten Platte, die später Kontakffiächen, Leitungsbahnen oder Widerstandsschichten bilden sollen, abgedeckt, so daß in einem anschließenden Ätzvorgang das Kupfer und Tantal der nicht benötigten Bereiche weggeätzt werden kann.
• Wird nun an den Stellen, an denen später die Widerstandsschichten 18, 19 vorhanden sein sollen, die ätzfeste Lackschicht entfernt, so kann die dort befindliche Kupferschicht ebenfalls durch einen Sitzvorgang beseitigt werden. Dann bleibt nur die als Widerstandsschicht dienende Tantalschicht übrig.
• Die Widerstandsschichten 18, 19 werden üblicherweise so bemessen, daß ihr Widerstandswert etwas kleiner ist als der geforderte Wert. Dann kann durch anodische Oxydation die Oberfläche der Widerstandsschichten derart oxydiert werden, daß das Volumen der Widerstandsschichten etwas abnimmt und damit die Widerstandswerte ansteigen. Man muß dann nur noch dafür sorgen, daß der Oxydationsvorgang abgebrochen wird, sobald die Widerstandswerte der Widerstandsschichten 18, 19 den gewünschten Wert zusätzlich und abzüglich einer gewissen Toleranz erreicht haben.
• Die anodische Oxydation kann folgendermaßen vor sich gehen (vgl. F i g. 2). In einem Trog 21 befindet sich eine elektrolytische Flüssigkeit (vgl. Flüssigkeitsspiegel 22). In die Flüssigkeit wird die isolierende Platte 1 derart eingetaucht, daß die vom Abdecklack befreiten Kontaktflächen nicht von der Flüssigkeit benetzt werden. Die Kontaktflächen sind gemeinsam über je eine Kontaktfeder 23 mit dem positiven Pol einer Gleichspannungsquelle verbunden, deren negativer Pol an eine in die Flüssigkeit hineinragende, z. B. stabförmige Elektrode 24 angeschlossen ist.
• Es zeigt sich nun, daß zwar die Widerstandsschicht 18 anodisch oxydiert werden könnte, weil sie über die Kontaktflächen 2 und 3 mit dem positiven Pol der Gleichspannungsquelle verbunden ist, daß aber die Widerstandsschicht 19 zunächst keine entsprechende Verbindung aufweist. Der Kondensator 13 wird nämlich erst nach dem Oxydationsvorgang eingefügt, so daß also keine elektrische Verbindung zu der Kontaktfläche 4 besteht. Um auch die Widerstandsschicht 19 zusammen mit der Widerstandsschicht 18 anodisch oxydieren zu können, wird eine besondere Leitungsbahn 25 vorgesehen, die ebenfalls wie die Widerstandsschichten 18, 19 aus z. B. Tantal besteht. Die besondere Leitungsbahn 25 kann also gleichzeitig mit den Widerstandsschichten 18 und 19 durch Wegätzen der auf der Tantalschicht befindlichen Kupferschicht hergestellt werden. Die besondere Leitungsbahn 25 wird dann ebenso wie die Widerstandsschichten 18 und 19 anodisch oxydiert. Damit die besondere Leitungsbahn 25 nicht den nachträglich einzusetzenden Kondensator 13 (F i g. 1) überbrückt, muß diese Leitungsbahn unterbrochen werden. Dies geschieht dadurch, daß die Leitungsbahn zumindest auf einem Teil ihrer Länge vollständig, d. h. über die gesamte Dicke, in elektrisch nichtleitendes Tantaloxyd übergeführt wird.
• Zum Durchoxydieren der besonderen Leitungsbahn 25 dient eine in F i g. 3 gezeigte Vorrichtung 26.
• Die Vorrichtung 26 besteht aus einer Hülse 27, aus z. B. Isolierstoff. Die Hülse enthält in ihrem Inneren saugfähiges Fasermaterial 28, das mit dem Elektrolyt getränkt ist. Ein Faserbündel 29, z. B. aus Kunststoffasern, leitet den Elektrolyt zum vorderen, verjüngten Ende der Hülse 27 bis zu einer aus der Hülse herausragenden Faserspitze 30. Das hintere Ende der Hülse 27 ist durch einen Deckel 31 abgeschlossen, durch den eine Elektrode 32 in das Fasermaterial 28 hineinragt. Die Elektrode 32 steht über eine flexible Leitung 33 mit dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle in Verbindung.
• Soll mit der Vorrichtung 26 die besondere Leitungsbahn 25 unterbrochen werden, so wird sie mit ihrer Faserspitze 30 auf eine Stelle dieser Leitungsbahn aufgesetzt. Wenn die Leitungsbahn9 über die Kontaktfläche 4 mit dem positiven Pol der Gleichspannungsquelle verbunden wird und der Elektrolyt aus der Faserspitze 30 heraustritt, dann wird die besondere Leitungsbahn 25 anodisch oxydiert, und zwar derart, daß sich nichtleitendes Tantaloxyd bildet, das die ganze Schichtdicke erfüllt.
• Das vorstehend beschriebene anodische Oxydieren zum Zwecke des Auftrennens von Leitungsbahnen kann auch zum stufenweisen Abgleich von Dünnfilmwiderständen angewendet werden (vgl. F i g. 5 und 6).
• In F i g. 5 trägt eine isolierende Platte 34 eine mäanderförmige Widerstandsschicht 35. Je zwei benachbarte Widerstandsschleifen sind durch eine Leitungsbrücke 36 miteinander verbunden. Die Leitungsbrücke besteht in diesem Fall aus dem gleichen metallischen Material wie die Widerstandsschicht 35, d. h. zum Beispiel aus Tantal. Sind zunächst alle Widerstandsschleifen der Widerstandsschicht 35 durch Leitungsbrücken 36 überbrückt, so hat der Dünnfilmwiderstand einen bestimmten Widerstandswert. Durch Unterbrechung einer der Widerstandsbrücken erhöht sich dann der Widerstandswert. Je nachdem, ob nur eine oder mehrere der Leitungsbrücken 36 unterbrochen werden, erhält man einen bestimmten Widerstandswert. Das Unterbrechen erfolgt hierbei durch anodische Oxydation der Leitungsbrücke in der oben beschriebenen Weise.
• Ein gegenüber dem Ausführungsbeispiel in Fig. 5 feinerer Widerstandsabgleich läßt sich nach Fig. 6 erzielen. Hierbei liegen parallel zu einer Widerstandsbahn 37 einer mäanderförmigen Widerstandsschicht 38 Leitungsbrücken 39. Diese Leitungsbrücken vergrößern die Widerstandsfläche bzw. das Volumen des Widerstandsmaterials der Widerstandsbahn 37.
• Durch Auftrennen einer oder mehrerer Leitungsbrücken kann ein Feinabgleich des Widerstandswertes bewerkstelligt werden.
• Um die Größenverhältnisse bei einer Dünnschichtschaltung anzudeuten, seien folgende Werte genannt.
• Eine die Dünnschichtschaltung tragende isolierende Platte 1 hat beispielsweise eine Länge von 20 mm, eine Breite von 10 mm und eine Dicke von 0,5 mm.
• Die Schichtdicke der Tantalschicht beträgt beispielsweise 1 ~ 10~4mm und die der Kupferschicht 5~lO-emm. Die angegebenen Werte sind nur als Beispiele anzusehen; sie können von Fall zu Fall er#t;#llcn von diesen Werten abweichen.

Claims (5)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zum Herstellen einer Dünnfilmschaltung, bei dem auf einen nichtleitenden Grundkörper metallische Widerstandsschichten, mit den Widerstandsschichten verbundene Leitungsbahnen sowie besondere Leitungsbahnen, die nur zu Abgleich- und/oder Meßzwecken dienen und die nach dem Abgleichen und/oder Messen aufgetrennt werden, aufgebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß für die besonderen Leitungsbahnen (25) ein Metall verwendet wird, dessen Oxyd ein Nichtleiter ist, und daß die besonderen Leitungsbahnen nach dem Abgleich und/oder nach der Messung dadurch aufgetrennt werden, daß sie durch anodische Oxydation zumindest auf einem Teil ihrer Länge vollständig in das nichtleitende Metalloxyd übergeführt werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Metall für die besonderen Leitungsbahnen (25) das gleiche Metall wie für die Widerstandsschichten verwendet wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Metall für die Widerstandsschichten und die besonderen Leitungsbahnen Tantal verwendet wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum anodischen Oxydieren einer besonderen Leitungsbahn (25) eine Stelle dieser Leitungsbahn mit einem Pol einer Gleichspannungsquelle verbunden wird, während an einer benachbarten Stelle derselben Leitungsbahn eine elektrolytgetränktes Fasermaterial (28) enthaltende Hülse (27) mit einer aus einem Ende der Hülse hervorstehenden und in das Fasermaterial eintauchenden Faserspitze (30) aufgesetzt wird und eine mit dem Fasermaterial elektrisch verbundene Elektrode (32) mit dem anderen Pol der Gleichspannungsquelle verbunden wird.
5. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum anodischen Oxydieren eine an beiden Enden abgeschlossene Hülse (27) vorgesehen ist, daß die Hülse mit einem Elektrolyt getränktes Fasermaterial (28) enthält, daß das Fasermaterial an einem Ende der Hülse mit einer Faserspitze (30) in Verbindung steht, die etwas aus der Hülse herausragt, und daß an dem anderen Ende der Hülse eine Elektrode vorgesehen ist, die durch dieses Ende der Hülse hindurch in das Fasermaterial (28) hineinragt.

   Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Dünnfilmschaltung, bei dem auf einen nichtleitenden Grundkörper metallische Widerstandsschichten, mit den Widerstandsschichten verbundene Leitungsbahnen sowie besondere Leitungsbahnen, die nur zu Abgleich- und/oder Meßzwecken dienen und die nach dem Abgleich und/oder Messen aufgetrennt werden, aufgebracht werden.

   In Dünnfilmtechnik hergestellte elektrische Bauelemente, das sind beispielsweise Dünnschichtwiderstände oder -kondensatoren, zeichnen sich durch eine gute elektrische und mechanische Stabilität aus. Die Herstellung von Dünnfilmwiderständen geht beispielsweise folgendermaßen vor sich: Auf eine isolierende Platte aus Glas oder Keramik wird eine dünne metallische Schicht aus Tantal, Nickel-Chrom od. dgl.

   aufgebracht. Durch selektives Abdecken der Metallschicht mit einem ätzfesten Material bleiben nach einem Ätzvorgang nur die abgedeckten Bereiche als Widerstandsschichten stehen, während an den nicht abgedeckten Stellen die Metallschicht vollständig weggeätzt wird. Nach diesem Verfahren können auf einer Platte gleichzeitig mehrere nebeneinanderliegende Widerstände bzw. Widerstandsschichten hergestellt werden.

   Dürfen die Widerstandswerte der Dünufllmwiderstände nur mit einer bestimmten, verhältnismäßig kleinen Toleranz behaftet sein, dann ist ein nachträglicher Widerstandsabgleich unerläßlich. Zu diesem Zweck wird die auf die isolierende Platte aufzubringende metallische Schicht etwas dicker bemessen als es an sich zur Erzielung der gewünschten Widerstandswerte nötig wäre. Der genaue Abgleich erfolgt dann in der Weise, daß durch anodische Oxydation die äußere Oberfläche der Metallschicht oxydiert wird. Da das Oxyd der verwendeten Metalle, vorzugsweise des Tantals, elektrisch nichtleitend ist, nimmt mit zunehmender Oxydation das Volumen der Tantalschicht ab und damit deren Widerstandswert zu.

   Durch Messung des sich während der Oxydation ändernden Widerstandswertes der Tantalschicht und durch eine entsprechende Regelungseinrichtung kann der Oxydationsvorgang dann automatisch unterbrochen werden, wenn der augenblicklich erreichte Widerstandswert in dem vorgegebenen Toleranzbereich liegt.

   Gehören die Dünnfilmwiderstände zu einer Dünnfilmschaltung, die außer den genannten Widerständen Leitungsbahnen, z. B. aus Kupfer, trägt, die die Widerstände mit diskreten elektrischen Bauelementen, wie z. B. Kondensatoren, Transistoren oder Dioden, und mit äußeren Anschlußmitteln verbinden, so ergeben sich folgende Schwierigkeiten. Liegt beispielsweise innerhalb einer gegebenen Schaltung eine Widerstandsschicht mit einem Kondensator in Reihe, so ist, da der als diskretes Bauelement ausgebildete Kondensator erst im Anschluß an den Abgleich des Widerstandes bzw. der Widerstände der Schaltung in die Dünnfilmschaltung eingefügt werden kann, zunächst eine elektrische Unterbrechung vorhanden.

   Wenn die anodische Oxydation der Widerstandsschichten dadurch erreicht wird, daß die isolierende Platte derart in einen Elektrolyttrog gehängt wird, daß die äußeren Anschlußmittel der Dünnfilmschaltung oberhalb des Elektrolytspiegels liegen und mit dem einen Pol der Gleichspannungsquelle verbunden sind, während der Elektrolyt selbst mit dem anderen Pol leitend verbunden ist, dann kann infolge des fehlenden Kondensators die dazu in Reihe liegende Widerstandsschicht nicht oxydiert werden.