DE2537281C3 - Leiterbahnaufbau für direktes Stecken von Dünnfilm-Hybridschaltungen in Federleisten - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Leiterbahnaufbau für direktes Stecken einer auf einem Substrat angeordneten Dünnfilm-Hybridschaltung, bei der die Leiterbahnen an einen Randbereich des Substrates herangeführt und mit einer Federleiste kontaktierbar sind.

Ein derartiger Leiteraufbau wird als bekannt vorausgesetzt (JEEE spectrum April 1964, S. 72-80).

Es ist bekanntlich äußerst schwierig, einen Kompromiß zwischen guter elektrischer Leitfähigkeit sowie hoher Antriebsfestigkeit im steckbaren Bereich der Leiterbahnen zu finden. Verwendet man beispielsweise reines Gold als Kontaktschicht, so ist die Abriebfestigkeit wegen der Weichheit des Goldes gering. Hartgold hingegen weist eine niedrigere elektrische Leitfähigkeit auf. Außerdem verliert es seine Härte, wenn man dieses längere Zeit erhöhten Temperaturen aussetzt, z. B. beim Tempern. Außerdem besteht durch die Oxid-Bildung Korrosionsgefahr.

Es ist beispielsweise durch die DE-OS 16 90 338 bekannt, im Randbereich einer Leiterplatte befindliche Leiterbahnen zu vergolden, um einen möglichst geringen Übergangswiderstand zu haben, wobei auf eine Kupfergrundschicht als harte, diffusionshemmende Unterlage zunächst eine Nickelzwischenschicht aufgebracht ist. Die Nickelzwischenschicht übernimmt demnach die notwendige Festigkeit, die Goldschicht dagegen die Gleitfähigkeit und damit die Reduzierung des elektrischen Übergangswiderstandes sowie einen Korrosionsschutz. Eine derartige Schichtzusammensetzung eignet sich jedoch nicht für Dünnfilm-Hybridschaltungen, da die Grundschichten aus gänzlich anderen Materialien bestehen.

Durch das Buch von A. K e i I »Werkstoffe für elektrische Kontakte« 1960, Springer-Verlag, S. 268,269 bo ist es weiterhin bekannt, daß sich reines Gold nur zum Schalten schwacher Leistungen eignet. Da es sehr weich ist, kann seine Härte durch Einlegieren von Nickel oder Kobalt wesentlich verbessert werden. Der spezifische elektrische Widerstand beträgt je nach Dotierung das Fünffache gegenüber reinem Gold, so daß sich dieses Material nur bedingt bei schwachen Leistungen, wie sie in der Dünnfilm-Hybridtechnik vorkommen, Anwendung finden kann.

An anderer Stelle (S. 160) ist diesem Buch zu entnehmen, reines Gold in Form von Hauchvergoldung lediglich als Deckschicht für eine verschleißfestere Silberschicht zu verwenden. Die Verschleißfestigkeit von Silber reicht jedoch nicht für Zwecke der Dünnfilm-Hybridtechnik mit ihren äußerst feinen Leiterbahnstrukturen aus.

Ein weiterer bekannter Dünnfilm-Leiterbahnaufbau besteht aus einer Nickel-Chrom-Haftschicht, die aufgedampft wird, einer Palladium-Diffusionssperre und aus Leiterbahnen aus Gold.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Leiterbahnenden von Dünnfilm-Hybridschaltungen der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß ein direktes Stecken dieser Schaltungen in Federleisten möglichst oft wiederholbar ist.

Diese Aufgabe wird bei Leiterbahnen der eingangs erwähnten Art durch die Kombination der im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Durch diesen Aufbau schützt die weiche Schicht die harte Schicht beim Stecken. Die mit Kobalt oder Nickel dotierte Hartgoldschicht hat den Vorteil, daß das fertige Substrat einer Temperung ausgesetzt werden kann, was zur künstlichen Alterung und damit zur Stabilisierung der auf dem Substrat angeordneten Widerstände erforderlich ist. Mit organischen Zusätzen erzeugte Hartgoldschichten verlieren beim Tempern ihre Härte. Ohne die Weichgoldschicht wäre jedoch mit erheblichen Schwierigkeiten zu rechnen. Durch das Tempern bildet sich auf den Leiterbahnoberflächen beispielsweise Kobalt-Oxid, was neben einer Verringerung der Leitfähigkeit auch zur Verschlechterung der Bondbarkeit führen würde. Die Weichgoldschicht, die beim Tempern nicht korrodiert, hat also nicht nur für bessere Gleiteigenschaften beim Stecken zu sorgen, sondern sie bildet auch einen wirksamen Korrosionsschutz für die Hartgoldschicht.

Günstige Werte für die Schichtdicken sind dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 2 zu entnehmen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand von 3 Figuren näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Substrat, auf das eine Teststruktur für die direkte Steckung in einer Federleiste aufgebracht ist,

F i g. 2 eine Federleiste mit einem eingelegten Substrat und

F i g. 3 eine graphische Darstellung des Durchgangswiderstandes bei der direkten Steckung als Funktion der Steckzahlen.

Für das direkte Stecken von Dünnfilm-Hybridschaltungen in Federleisten wird eine Teststruktur gemäß F i g. 1 verwendet. Position 1 zeigt das Substrat, auf das die Leiterbahnen 2 aufgedampft sind. Die Teststruktur besteht aus einem AhOj-Keraniiksubstrat, auf das 30 nm Nickel-Chrom, 50 nm Titan und 300 nm Palladium aufgedampft sind. Weiterhin sind die Leiterbahnen mit einer 4 μιη starken Hartgoldschicht überzogen, auf denen eine I μηι starke Weichgoldschicht aufgebracht ist. Dabei wird die Härte der Hartgoldschicht durch bekannte Dotierungen mit Übergangsmetallen wie Kobalt, Nickel oder dgl. eingestellt, so daß eine hohe Abriebfestigkeit gewährleistet ist.

Die so hergestellte Teststruktur ist gemäß F i g. 2 in eine Federleiste 3 steckbar. Das mit Leiterbahnen 2 versehene Substrat 1 wird oberhalb der Kontaktstelle 4 eingesteckt und dann eingeschwenkt.

In Fig.3 sind die Meßergebnisse des Durchgangswiderstandes R bei direktem Stecken als Funktion der Steckzahl π aufgetragen. Die Messung erfolgte im Normalklima nach der Vier-Punkt-Methode. Die Sickkungen erfolgten von Hand. Aus dieser Figur erkennt man, daß der Durchgangswiderstand selbti nach 2000 Steckungen noch unter 10 ηιΩ liegt

Ähnliche Werte werden auch bei anderen als in F i g. 2 dargestellten Federleisten erzielt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 Patentansprüche:

1. Leiterbahnaufbau für direktes Stecken einer auf einem Substrat angeordneten einem Tempervorgang unterworfenen DQnnfiim-Hybridschaltung mit Widerständen, bei der die Leiterbahnen an einen Randbereich des Substrates herangeführt und mit einer Federleiste kontaktierbar sind, gekennzeichnet durch die Kombination der Merkmale, daß die Leiterbahnen aus einer auf dem Substrat to (1) aufgebrachten Nickelchromschicht bestehen, auf die eine Titanschicht, hierauf eine Palladiumschicht und eine Kontaktschicht aufgebracht sind, wobei die Kontaktschicht aus einer ersten, der Palladiumschicht zugewandten mit Kobalt oder Nickel dotierten Hartgoldschicht und aus einer den Kontaktfedem (4) zugewandten zweiten Schicht aus Weichgold besteht

2. Leiterbahnaufbau für direktes Stecken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht eine Schichtdicke von 4 μιη und die zweite Schicht eine Schichtdicke von 1 μιη aufweist