DE3231735A1

DE3231735A1 - Verfahren zum herstellen metallischer ueberzuege auf einem substrat und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3231735A1
Application number: DE19823231735
Authority: DE
Inventors: Dieter 8540 Schwabach Löwer; Otto 8500 Nürnberg Steinberger
Original assignee: Semikron Gesellschaft Fuer Gleichrichterbau U Elektronik Mbh 8500 Nuernberg; Semikron GmbH and Co KG
Current assignee: Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Priority date: 1982-08-26
Filing date: 1982-08-26
Publication date: 1984-03-01
Also published as: DE3231735C2

Description

Verfahren zum erstellen
metallischer Überzüge auf einem Substrat und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen metallischer Überzüge auf einem Substrat, bei dem zur Halterung des Substrats in einer Anlage eine gesonderte metallische VorrichtunG mit im Stapel angeordneten Bauteilen verwendet wird, bei dem das Substrat zwischen einem ersten Bauteil als Trägerscheibe und einem mit Durchbrüchen zur teilweisen Ah<leckung des Substrats versehenen, zweiten Bauteil als Deckscheibe (Maske) der Vorrichtung angeordnet wird, uncl bei dem die Vorrich-und mit dem Substrat in die Anlage eingebracht und die von der Deckscheibe und den nicht abgedeckten Flächenabschnitten des Substrats gebildete Oberfläche mit wenigstens einer metallischen Schicht versehen wird.
Sie betrifft weiter eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
Ein derartiges Verfahren ist z.B. aus der DE-PS 734 448 bei der Herstellung von Selengleichrichterplatten bekannt. Insbesondere zur Fertigung großflächigen derartigen Platten wird das Substrat, das ist eine vorbehandelte, z.B. aus Aluminium besichende und mit Selen beschichtete Grundplatte, auf die Trägerscheibe einer metallischem Vorrichtung aufgelegt, dadurch Justierstifte fixiert und mit einer Deckscheibe (Maske) abgedeckt, , die in wenigstens einer Öffnung einen zur Metallisierung vorgesehenen Flächenabschnitt des Substrats freilegt. ])as Aufbringen des Metalls kann durch Aufsprühen auf die im Stapel angeordneten Bauteile erfolgen. Die llerstellung von Überzügen durch Bedampfen ist bei kleinflächigen Elementen solcher Substrate bekannt, erfordert jedoch bei großflächigcn Elementen einen unwirtschaftlich hohen Verfahrensaufwand. Bei dem bekannten Verfahren sind aus verfahrens technischen und konstruktiven Griinden keine maßhaltigen, mit der Maske konturenscharf flbereinstimmenden Uberziige herstellbar, und es erfordert außcrdem zur Herstellung von Kontaktflächenstrukturen mit getrennten Flächenabschnitten das Anbringen von Hilfsstegen und zusätzliche Verfahrensschritte für die nachträgliche Metallisierung der durch die Hilfsstege zuvor abgedeckten ?iächenabschnitte.
Ferner sind- Verfahren zum Herstellen von metallischen Überzügen für vorgesehene Feinstukturen auf Substraten mittels Maskierung durch Siebdrucktechnik bzw. Forolacktechnilc bekaniit. Diese Methoden erfordern ebenfalls einen hohen Verfahrensaufwand und zeigen teilweise verfahrensbedingte Maßungenauigkeiten, die insbesondere bei Substraten mit einer hohlen Dichte an kleinflächigen Abschnitten für eine Vielzahl von Bauteilen nicht zulässig sind. Darüber hinaus sind Siebdrucklacke bzw. Fotolacke gegen Ätzlösungen zum Ablösen von Kontaktmetallresten in Abhängigkeit von den vorgesechenen Kontaktmetallen nur begrenzt beständig.
Es bestand daher das Bedürnis, metallischer Überzüge gewünschter geometrischer Form und Ausdehnung wirtschaftlicher herzustellen.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem bekannten vorbesertes Verfahren zur Erzielung maßhaltiger, mit der Maske konturenscharf übereinstimmen- der, metallischer Überzüge beliebiger Struktur zu schaffen.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht bei einem Verfahren der eingangs genannten Art darin, daß eine Vorrichtung mit durch Magnetkraft gegenseitig fest angeordneten Bauteilen und mit wenigstens einem Bauteil aus weichmagnetischem Werkstoff verwendet wird, und daß das Substrat zwischen Trägerscheibe und Deckscheibe der Vorrichtung eingefügt und durch Festklemmen gehaltert wird. Weiter besteht die Lösung dieser Aufgabe bei einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einer Trägerscheibe sowio mit einer mit Öffnungen zur flächenspezifischen Abdeckung eines Substrats versehenen Deckscheibe und mit Justierelementen an wenigstens einer der beiden Scheiben zu deren gegenseitig lageorientierter Anordnung darin, daß Deckscheibe und Trägerscheibe aus weiclomagnetiscl ein Werkstoff besteht und daß auf der zu Deckscheibe gerichteten Trägerscheibenfläche wenigstens zwei lose aufgesetzte, plattenförmige Dauermagnete mit angepaßter Flächenausdehnung zur kraftschlüssigen Verbindung von Trägerscheibe und Deckscheibe angeordnet sind.
Vorteilhafte Verfahrensmaßnahmen sind in den Ansprüchen 2 l>is 6 und vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den Ansprüchen 8 bis 11 angeheben.
Verfahren und Vorrichtung nach der Erfindung haben die Vorteile, daß beliebige Substrate bei der Herstellung metallischer Überzüge Besonders wirtschaftlich in entsprechende Anlagen, z.B. in Auf dampfanlagen, eingebracht werden können, daß Substrate und Teile der Vorrichtung in einfachster Weise beliebig ausgewechselt werden können und daß überraschend einfachen und wirtschaftlich Überzüge mit Strukturen in beliebiger Form und Ausdehnung sowie mit einwandfreier Rabdkontur hersteillar sind.
Anhand der in den Figuren 1 bis 3b dargestellten Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung nach der Erfindung werden diese und das Verfahren mit Anwendung derselben beschrieben. figur 1 und Figur 2 zeigen jeweils im Querschnitt die Anordnung von Dauermagneten als äußeres Bauteil bzw. als zwischenliegende Bauteile der Vorrichtung In den Figuren 3a und 3b ist jeweils in Draufsicht die Aufreihung von Magneten bei einer Bauforin nach Figur 2 dargestellt. Fiir gleiche Teile-sind in allen Figuren gleiche Bezeichnungen gewählt.
Die Herstellung von metallischen Überziigen erfolgt vorzugsweise durch Aufdampfen. Im Gegensatz zu belcannten Verfahren wird dabei das Substrat nur auf dem oder den dafür vorgesehenen Flächenabschnitten metallisiert, und alle übrigen Flächenteile des Substrats werden abgedeckt.
Zu diesem Zweck wird das Substrat in einer gesonderten, zur spezifischen Unterbringung in der Bedampfunsanlage entsprechend bemessen Vorrichtung angebracht und befestigt. Diese besteht nach der Erfindung im wesentlichen aus einer Trägscheibe zur Anlage des Substrats, /aus wenigstens einem Dauermagneten/ //und aus einer Deckscheibe die durch Magnetkraft an der Trägerscheibe anliegend gehaltert wwird. Die Deckscheibe weist Öffnungen entsprechend der Ausdehnung des oder der zu bedampfenden Flächenabschnitte des Substrats auf.
Das zu bearbeitende Substrat wird zwischen Trägerscheibe und Deckscheibe derart flächenhaft anliegend eingebracht, daß seine zu metallisierenden Teilflächen in den Öffnungen der Deckdcheibe freiliegen. Infolge der Wirkung der Magnetkraft wird das Substrat zwischen den Bauteilen der Vorrichtung durch Festklemmen gehaltet. Danach wird die Vorrichtung in die Bedampfungsanlage eingestzt und z.B. mit Hilfe eines Adapters befestigt. Latzterer ist nicht Gegenstand der Erfindung. Mit der Vorrichtung können gleichmäßig gut Substrate unterschiedlicher Form und aus beliebigen Material bearbeitet werden.
Weitere Bauteile der Vorrichtung können als Maskierelemente bezeichnete Einsatzteile sein, die, vorzugsweise aus weichmagnetischem Werkstoff, lose innerhalb der Öffnungen der Deckscheibe selbsthaltend aufgebracht werden können, sodaß ohne unerwünschte Stegbildung gerade die nur zu maskierenden Flächenbereiche des Substrats abgedeckt werden.
Es können Vorrichtungen verwendet werden, bei welchen die Trägerscheibe oder die Deckscheibe aus hartmagnetischem Werkstoff und jeweils das andere Bauteil aus weichmagnetischem Werkstoff besteht.
Weiter können Vorrichtungen verwendet werden, bei welchen Trägerscheibe und Deckscheibe mit Hilfe von plattenförmigen, an einer Seite der Trägerscheibe haftenden Dauermagneten gegenseitig gehaltert- sind. Das Substrat wird dann unmittelbar auf den Dauermegnten bzw.
auf der Innenfläche der Trägerscheibe angebracht.
Trägerscheibe, Dauemagnete, Substrat und Dckscheibe werden erstmalig z.B. in dcr genannten Reihenfolge im Stapel angeordnet un<I in die Bedamofungsanlage eingesetzt. Beim weiteren Einsatz wird die Vorrichtung zum Einsetzen bzw. Entfernen des Sul>strats jeweils geöffnet und geschlossen, d.h. Trägerscheibe und Deckscheibe werden getrennt und wieder zusammengefügt.
Gemäß Figur 1 sind auf den in einer Ebene liegenden Stirnflähen der Pole eines Hufeisenmagneten 23 im Stapel eine Trägerscheibe 20, ein Substrat 1 und eine Deckscheibe 21 angeordnet. Es wird ein Magnet verwendet, der eine größtmögliche Auflagefläche für den Stapel bietet und damit eine optimale Wirkung der magnetischen Kraft auf die Bauteile der Vorrichtung 1 gewährleistet.
Die Trägerscheibe 20 und die Deckschiebe 21 bestehen aus weichmagnetischem Werkstoff. Beide Bauteile sind bezüglich ihrer Dicke so bemessen, daß auch bei Zwischenlage des Substrats 1 die magnetischen Kraftlinien überwiegend in ihnen verlaufen. Die Deckscheibe 21 ist mit Öffnungen 22 für die Freilegung der zu metallisierenden Flächenabschnitte des Substrats 1 versehen,, und sowohl das Substrat als auch die Deckscheibe weisen nicht dargestellte, angepaßte Aussparungen fur Justierstifte 24 der Trägerscheibe 2Q zur lageorientierten Anordnung, auf der letzteren auf.
Das Substrat 1 ist z.B. ein scheibenförmiges Teil. Im Falle hoher Güte seincr planen Oberfläche und der Forderung nach mit der Maskierung übereinstimmender Randkontur des metallischen überzuges, beispielsweise bei Kontaktflächenstrukturen für Halbleiterkörper, ist eine entsprechende Vorbehandlung der Auflagefläche der Deckscheibe zu deren bestmöglicher Anlage am Substrat notwendig.
Die Trägerscheibe 20 kann auch aus nichtmagnetischem @ Werkstoff bestehen. Damit ein größtmöglicher Kraftlinienschluß über die Deckscheibe 21 zur Fixierung des Stapels erreicht wird, ist die Trägerschiebe im Vergleich zur Dcckscheibe djiron ausgebildet. Die Trägerscheibe kann ebenfalls durch Justiermitel lagebestimmt auf den Magnetpolen angebracht sein.
Bei einem Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung II nach Figur 2 sind zwischen Trägersheibe 20 und Deckscheibe 21 Dauermagnete 33 angeordnet. Diese bestehen aus einem hartmagnetischen WErkstoff mit einem Energieprodukt vom etwa 15- bis 25-fachen des Energieprodukts herkömmlicher Barium-Ferrit-Magnete. Dadurch wird eine Ausführungs als Flachmagnet derart ermöglicht, daß die Polfolge senkrecht zur Scheibenebene verläuft, d d.h. ein Pol in Zuordnung zur unteren Volumenhalfte (z.B. 33 S) grenzt an die Trägerschiebe 20, und der andere Pol in Zuordnung zur oberen Volumenhälfte (z.B. 33 N) grenzt an die Deckscheibe 21. Demzufolge schließen sich die megnetischen Kraftlinien bei zwei benachbarten, in einer Ebene liegenden und gegensinnig gepolt angeordneten Magneten, /und 3/ wie sie in Figur 2//gezeigt sind, zwischen deren unteren Volumenhälfte iiber die Trägscheibe und zwischen deren oberen Volumenhälfte iiber die Deckscheibe. Da der magnetische Kraftfluß jeweils über Trägerscheibe und Deckscheibe geschlossen werden muß, sind wenigstens zwei Flachmagnete in entgegengesetzt gepolter Anordnung erforderlich. In Figur 2 ist der jeweilige Kraftlinienverlauf mit unterbrochenen Linien angedeutet.
Sollen anstelle eines großflächigen Substrats 1 gleichzeitig mehrere kleinflächige Substrate entsprechender Form metallisiert werden, so wird vorteilhaft eine Anzahl von Flachmagneten 33,34 in abwechselnd entgegengesetzter Polung lückenlos nebeneinander auf der Trägerscheibe 20 angeordnet, wodurch eine günstigere Verteilung der Magnetkraft zur Halterung der kleinflächigen Substrate gewährleistet istt, insbesondere auch für den Fall, daf3 zusätzlich Maskierelemente 25 lose auf die freiliegeden Flächenteile der Substrate zur Erzielung besonders unterteilter Strukturen aufgesetzt werden miissen. In Figur 3a ist bei geöffneter Vorrichtung eine kreisförmige Trägerscheibe 20 mit kreissektorförmigen Flachmagneten 33 für Anwendungsfälle der vorbeschriebenen Art dargestellt. Dabei entspricht der Aufbau im Schnitt in der Ebene a dem Aufbau gemäß Figur 2. Figur 3b zeigt diesbezüglich die Anordnung von rechterckförmigen Flachmagneten 34.
Die Dicke von Trägerscheibe und Deckescheibe ist im wesentlichen abhängig von Auflagefläche und Energieprodukt der verwendeten Magnete und nicht kritisch.
Beide Scheiben sollen im Bereich der größten Verdichtung der magnetischen Energie liegen.
Da jeweils beim Bestücken der Vorrichtung vorzugsweise die Deckscbeibe abgenommen werden muß und die Trägerscheibe vorteilhaft einseitig den größten Teil der Kraftlinien aufnehmen sollte, kann die letztere eine vergl,eichsweise erheblich größere Dicke als die Deck scheibe aufweisen, beispielsweise ca. 2 bis 5 mm.
Zur bestmöglichen Anlage an einem Substrat mit unebener Oberfläche ist die Deckscheibe vorteilhaft folienförmig ausgebildet.
Bezüglich Werkstoffauswahl für Trsigerscheibe 20 und Deckscheibe 21 bestehen die Forderungen, daß wenigstens eine Scheibe aus weichmagnetischem Werkstoff besteht, daß die Deckscheibe zur gezielten Ausbildung von maßhaltigen Öffnungen 22 durch Ätzen herstellbar ist und daß Trägerscheibe und Deckschiebe gegen Ätzflüssigekeiten zum Ablösen von Metallüberzugresten resistent sind.
Diese Forderungen crfiil.len Chrom-Nickel-Stähle mit einem Anteil an Chrom von etwa 15 bis 20 zur und einem Anteil an Nickel von etwa 5 bis 10 . Mit Flachmagneten 33,34 als Sintermagneten aus Kobalt und Samarium wurden günstige Ergebnisse erzielt.
Leerseite

Claims

Patentansprüche Verfahren zum Herstellen metallischer Uberzuge auf einem Substrat, bei dem zur Halterung des Substrats in einer Anlage eine gesonderte metallische Vorrichtung mit im Stapel angeordneten Bauteilen verwendet wird, bei dem das Substrat zwischen einem ersten Bauteil als Trägerscheibe und einem mit Durchbrüchen zur teilweisen Abdeckung des Substrats versehenen, zweiten Bauteil als Deckscheibe (Maske) der Vorrichtung angeordnet wird, und bei dem die Vorrichtung mit dem Substrat in die Anlage eingebracht und die von der Deckelscheibe und den nicht abgedeckten Fiächenabschnitten des Substrats gebildete Oberfläche mit wenigstens einer metallischen Schicht verstehen wird, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t daß eine Vorrichtung(I,II) mit durch Magnetkraft gegenseitig fest angeordneten Bauteilen und mit wenigstens einem Bauteil aus weichmagnetischem Werkstoff verwendet wird, und d.Sß das Substrat (1) zwischen Trägerscheibe (20) und Deckelscheibe (21) der Vorrichtung einegfügt und dadurch Fastklemmen gehaltert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dan eine Vorrichtung (x) verwendet wird, hei welcher eines der Bauteile aus hartmagnetischem Werkstoff und wenigstens ein weiteres Bauteil aus weichmagnetischem Werkstoff besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurchgekennzeichnet, daß eine Vorrichtung verwendet wird, bei welcher die Deckscheibe (21) aus hartmagnetischem und die Trügerscheibe (20) aus weichmagnetischem Werkstoff besteht.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (1) mit wenigstens einem Dauer- magneten (23) auf der dem Substrat (i) abgewandten Seite der Träger scheibe (20) verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (1E) mit wenigstens einem zwischen Deckscheibe (21) und Trägerscheibe (20) angebrachten Dauermagneten (33) verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als durch Magnetkraft gegenseitig fest angeordnete Bauteile der Vorrichtung metallische Elemente (25) in durch die zu maskierenden Flächenteile bestimmter Form und Ausdehnung zur Herstellung von strukturierten, metallischen Überzügen innerhalb der oeffnungen (22) der Deckscheibe (21) uf das Substrat (i) aufgesetzt werden.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der hnsprCichc 1 bis 6 mit einer Trägerscheibe (20) sowie mit einer mit Öffnungen. (22) zur flächenspezifischen Abdeckung eines Substrats (1) versehenen Deckscheibe (21) und mit Justierelementen (24) an wenigstens einer der beiden. Scheiben zu deren gegenseitig lageorientierter Anordnung, dadurch gekennzeichnet, daß Deckscheibe (21) und Trägerscheibe (20) aus weichmagnetischem Werkstoff besteht und daß auf der zur Deckscheibe (21 ) gerichteten Trägerscheibenfläche wenig stens zwei lose aufgesetzte, plattenförmigen Dauermagnete (33) mit angepaßter Flächenausdehnung zur kraftschlüssigen Verbindung von Trägerscheibe (20) und Deckscheibe (21) angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Trägerscheibe (20) und Deckscheibe (21) aus einem gegen chemisches Ablösen des oder Metalle der Überzüge beständigen Material hergestellt sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckscheibe (21) aus einem für dier Herstellung der Öffnungen (22) durch geziechtes Ätzen geeigneten Material hergestellt ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder einem der folgenden Anspniche, dadurch gekennzeichnet, daß Dauermagnete (33,34) vorgesehen sind, deren Energieprodukt etwa das 15- bis 25-fache des Energieprodukts von handelsüblichen Barium-Ferrit-Magneten beträgt.
11. Verwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6 zum Herstellen von Halbleiterbauelementen und Halbleiterschaltungen.