DE3918439C2 - Werkstückhalter mit Maskierungsfunktion - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Werkstückhalter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zum Halten ei­ nes Werkstücks, auf dem unter teilweiser Maskierung des Werkstücks ein Dünnfilm hergestellt werden soll, z. B. durch Sputtern, Ionenplattierung oder Aufdampfen im Vakuum. Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf einen Werkstückhalter mit Maskierungsfunktion, der zur Bildung eines leitenden Films oder eines Wider­ standsfilms mit Hilfe einer geeigneten Dünnfilm-Her­ stellungstechnik auf einem bestimmten Teil der Oberflä­ che einer miniaturisierten und chipartigen Elektronik­ komponente, wie z. B. einem chipartigen Widerstand oder einem chipartigen Kondensator, verwendet wird.

Um eine chipartige Elektronikkomponente, wie z. B. einen chipartigen Widerstand oder einen chipartigen Kondensator zu erhalten, wird ein leitender Film oder ein Widerstandsfilm auf einem bestimmten Teil der Oberfläche eines Werkstücks gebildet, z. B. auf einem Substrat oder auf einem Komponentenkörper. Wird mit Hilfe der Dünnfilm-Herstellungstechnik wie z. B. Sput­ tern, Ionenplattierung oder Aufdampfen im Vakuum ein derartiger leitender Film oder Widerstandsfilm erzeugt, so ist es erforderlich, denjenigen Teil der Werkstück­ oberfläche abzudecken, der nicht mit dem Film bedeckt werden darf. Im allgemeinen wird eine einzige Maske für ein aus einer großen Anzahl von Werkstücken beste­ hendes Feld verwendet, wobei diese Maske nur mit dem Rand des Werkstückhalters fest verbunden ist. Es ergibt sich somit unvermeidlich ein Zwischenraum zwischen dem Zentralbereich der Maske und der Oberfläche ei­ nes jeden Werkstücks. Bei Vorhandensein eines derarti­ gen Zwischenraums zwischen der Werkstückoberfläche und der Maske können daher aufgedampfte Partikel in diesen Zwischenraum eindringen, so daß der Film in einen Bereich hinein erweitert wird, der eigentlich nicht mit diesem Film bedeckt sein darf. Es ist daher erforder­ lich, die Maske in dichtem Kontakt mit demjenigen Teil der Werkstückoberfläche zu bringen, der maskiert wer­ den soll.

Im allgemeinen wird bei einem Werkstückhalter eine Feder verwendet, die ein Werkstück gegen eine Maske drückt, um einen engen Kontakt zwischen Werkstück und Maske zu erhalten. Ein Werkstückhalter zum gleichzeitigen Halten einer großen Anzahl miniaturi­ sierter Werkstücke würde jedoch eine derartige Feder für jedes Werkstück erfordern, was zu einem relativ komplizierten Aufbau führen würde. Es wäre darüber hinaus nicht einfach, die Werkstücke in einen derartigen Werkstückhalter einzusetzen, da die jeweiligen Federn zusammengedrückt werden müßten, um jeweils Räume für die Aufnahme der Werkstücke zu definieren. Wäh­ rend eines Filmbildungsschrittes würden darüber hinaus die Federn durch die dabei entstehende Hitze geglüht werden, so daß sich ihre elastischen Eigenschaften ver­ schlechtern würden.

Es wurde bereits der Versuch unternommen, die zu­ vor erwähnten Federn durch ein Gummielement zu er­ setzen, um auf diese Weise die erforderliche Elastizität zu erzeugen. Gummi kann jedoch einer Heiztemperatur von 200°C unter Vakuumbedingung nicht widerstehen. Ein Gummielement der genannten Art könnte somit die Umgebungstemperatur beim Sputtern nicht aushalten. Darüber hinaus gibt Gummi bei hoher Temperatur Gas ab, das zu einer Verschlechterung des Films oder zu einer Reduzierung der Adhäsion zwischen Film und Werkstück führen könnte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Werkstückhalter zu schaffen, der eine bessere Verbin­ dung zwischen Werkstück und Maske gewährleistet.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen Werkstückhalter zu schaffen, der einen einfachen Auf­ bau aufweist und in einfacher Weise mit einem Werk­ stück geladen werden kann.

Darüber hinaus ist es Ziel der Erfindung, einen Werk­ stückhalter zu schaffen, der ein als elastische Andruck­ einrichtung dienendes hitzebeständiges Material auf­ weist, um ein Werkstück in dichten Kontakt mit einer Maske zu bringen.

Die Lösung der gestellten Aufgaben findet sich im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1. Vorteil­ hafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den nachge­ ordneten Unteransprüchen zu entnehmen.

Ein Werkstückhalter zum Halten eines Werkstücks unter teilweiser Maskierung des Werkstücks zeichnet sich aus durch
eine Maskierungseinrichtung mit einer Oberfläche, die in Kontakt mit einem Oberflächenteil des zu maskierenden Werkstücks bringbar ist, und
eine elastische Andruckeinrichtung, die die Maskie­ rungseinrichtung und das Werkstück elastisch ge­ geneinander drückt, wobei die elastische Andruck­ einrichtung eine Menge bzw. Aggregation an hitze­ beständigen Fasern enthält.

Die hitzebeständigen Fasern können Metallfasern oder Keramikfasern sein bzw. enthalten. In Überein­ stimmung mit der Erfindung werden die Maskierungs­ einrichtung und das Werkstück über die Elastizität der Menge bzw. Aggregation an hitzebeständigen Fasern in dichten Kontakt miteinander gebracht. Durch Ver­ dampfung erzeugte Partikel können also nicht mehr ei­ nen ungewünschten Oberflächenteil des Werkstücks er­ reichen, so daß sich daher die Konfiguration und die Abmessungsgenauigkeit eines auf der Oberfläche des Werkstücks gebildeten Films verbessern lassen.

Die hitzebeständigen Fasern aus Metall oder Kera­ mik sind darüber hinaus vollständig gegen schädliche Einflüsse bei der Dünnfilmherstellung geschützt, z. B. während des Sputterns, das bei hoher Umgebungstem­ peratur erfolgt. Daher weisen die hitzebeständigen Fa­ sern eine exzellente Haltbarkeit bzw. Beständigkeit auf und haben keinen schädlichen Einfluß auf die Filmher­ stellung. Die Menge bzw. Aggregation dieser hitzebe­ ständigen Fasern kann in gewünschter Weise geformt werden, so daß sie leicht in den Werkzeughalter einge­ führt werden kann, was zu einem einfacheren Aufbau des Werkzeughalters führt.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines chipartigen Widerstands, der unter Verwendung eines Werkstück­ halters nach der Erfindung erzeugt worden ist,

Fig. 2 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbei­ spiel eines Werkstückhalters nach der Erfindung,

Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Werkstückhalter nach der Erfindung, bei dem die im Werkstückhalter nach Fig. 2 vorhandene Maske durch eine andere Mas­ ke ersetzt worden ist,

Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht eines Teils des Werk­ stückhalters in Fig. 3,

Fig. 5 eine Vorderansicht eines anderen Ausführungs­ beispiels eines Werkstückhalters nach der Erfindung, und

Fig. 6 eine vergrößerte Ansicht eines Teils des Werk­ stückhalters nach Fig. 5.

Entsprechend der Fig. 1 enthält ein chipartiger Wi­ derstand 1 einen Chip 2 aus einem isolierenden Material, beispielsweise aus Aluminiumoxid. Der Chip 2 weist die Form eines rechtwinkligen Parallelepipeds auf und ent­ hält eine obere Fläche 3, eine untere Fläche 4, zwei Seitenflächen 5 und 6 sowie zwei Endflächen 7 und 8. Ein Widerstandsfilm 9 aus z. B. NiCr befindet sich in einem bestimmten Bereich auf der oberen Fläche 3. Ein leitender Film 10 befindet sich auf der Endfläche 7 und auf einem Teil der oberen Fläche 3 und deckt einen Endbereich des Widerstandsfilms 9 ab. Ein weiterer lei­ tender Film 11 befindet sich auf der Endfläche 8 und auf einem Teil der oberen Fläche 3 und deckt einen anderen Endbereich des Widerstandsfilms 9 ab.

Bei diesem chipartigen Widerstand 1 wird der Wider­ standsfilm 9 mit Hilfe eines Werkstückhalters 12 herge­ stellt, der in Fig. 2 gezeigt ist. Dagegen werden die lei­ tenden Filme 10 und 11 mit Hilfe eines Werkstückhal­ ters 13 hergestellt, der in Fig. 3 gezeigt ist.

Gemäß Fig. 2 enthält der Werkstückhalter 12 eine Hinterplatte 14 aus rostfreiem Stahl. Eine Menge 15 bzw. Anhäufung von rostfreien Stahlfasern befindet sich auf der Hinterplatte 14. Eine erste Maske 16 aus einer flexiblen Materialschicht, beispielsweise eine Alumini­ umfolie, liegt auf der Fasermenge 15. Ein Abstandsstück 17 aus z. B. rostfreiem Stahl ist auf der ersten Maske 16 plaziert. Ferner liegt auf dem Abstandsstück 17 eine zweite Maske 18 aus z. B. einer rostfreien Stahlplatte. Um den Zwischenraum zwischen der Hinterplatte 14 und der zweiten Maske 18 regulieren bzw. einstellen zu können, ragen Bolzen 19a und 19b durch die Hinterplat­ te 14 und die zweite Maske 18 hindurch. Diese Bolzen 19a und 19b sind jeweils mit Muttern 20a und 20b ver­ bunden bzw. verschraubt.

Die Fasermenge 15, die in Form einer Schicht durch Verweben und Komprimieren extradünner Drähte aus rostfreiem Stahl hergestellt ist, ist insgesamt bei Kom­ pression hinreichend elastisch deformierbar.

Das Abstandsstück 17 ist mit einer Mehrzahl von Hohlräumen 21 versehen, von denen jeweils einer ein Werkstück oder den Chip 2 in Fig. 1 aufnimmt.

Die zweite Maske 18 weist eine Mehrzahl von Öff­ nungen 22 auf, von denen jede eine Konfiguration be­ sitzt, die mit dem Widerstandsfilm 9 in Fig. 1 korreliert bzw. übereinstimmt.

Wie die Fig. 2 zeigt, befindet sich die Fasermenge 15 in einem komprimierten Zustand, wenn der Werkstück­ halter 12 mit den Chips 2 geladen ist. Die Chips 2 wer­ den daher über die erste Maske 16 nach oben gedrückt, und zwar durch die elastische Kraft der Fasermenge 15. Somit stehen die oberen Flächen 3 der Chips 2 in engem Kontakt mit der zweiten Maske 18.

Werden die Chips 2 in eine Sputtereinrichtung hinein­ geführt, beispielsweise im Zustand nach Fig. 2, so lassen sich Filme, wie der Widerstandsfilm 9 in Fig. 1, auf den oberen Flächen 3 der Chips 2 in Bereichen bilden, die mit den Öffnungen 22 der zweiten Maske 18 überein­ stimmen.

Unter Verwendung des Werkstückhalters 12 in Fig. 2 wurde ein Experiment durchgeführt, um den Effekt der Fasermenge 15 zu bestätigen. Der Werkstückhalter 12 wurde mit Aluminiumoxid-Chips 2 von 3 mm×2,5 mm×1 mm Größe geladen und in eine Sputtereinrich­ tung hineingeführt. Diese Sputtereinrichtung befand sich in einer Argonatmosphäre von 2×10^-3 Torr. Von einem Target aus Ni 50%0-Cr 50% verdampfte Parti­ kel wurden auf vorbestimmte Bereiche der oberen Flä­ chen 3 der Chips 2 angelagert, um auf diese Weise Wi­ derstandsfilme aus NiCr mit einer Dicke von 80 nm (800 A) zu bilden. Die Öffnungen 22 der zweiten Maske 18 hatten eine Größe von 2,00 mm×2,00 mm. Die mittlere Größe der auf diese Weise erhaltenen Widerstandsfilme betrug 2,018 mm×2,018 mm mit kleiner Dispersion von 9 µm. Die Widerstandsfilme konnten also mit hoher Genauigkeit hergestellt werden. Ferner wurde ein Refe­ renztest durchgeführt, und zwar ebenfalls unter Anwen­ dung eines Sputtervorgangs und ohne Fasermenge im Werkstückhalter. Dabei wurde bei ansonsten gleichen Bedingungen eine mittlere Größe der Widerstandsfilme von 2,248 mm×2,248 mm erhalten, mit einer signifi­ kanten Dispersion von 133 µm.

Beim Werkstückhalter 13 nach Fig. 3 ist die zweite Maske 18 des Werkstückhalters 12 in Fig. 2 durch eine dritte Maske 23 ersetzt. Die dritte Maske 23 weist Öff­ nungen 24 zur Bildung der leitenden Filme 10 und 11 auf, die in Fig. 1 gezeigt sind. Zwischenräume 25 befinden sich zwischen den jeweiligen Endflächen 7 und 8 der Chips 2, die innerhalb der Hohlräume 21 liegen, und den die Hohlräume 21 bildenden Wandflächen, so daß die zuvor erwähnten Öffnungen 24 auch in Verbindung mit den Zwischenräumen 25 stehen. Bei dem Werkstückhal­ ter 13 nach Fig. 3 liegen daher diejenigen Teile der Chips 2 frei, die mit den in Fig. 1 gezeigten leitenden Filmen 10 und 11 bedeckt werden sollen. Nicht darge­ stellte Wandflächen der Hohlräume 21 im Abstands­ stück 17, die den Seitenflächen 5 und 6 der Chips 2 jeweils gegenüberliegen, sind so positioniert bzw. ausgebildet, daß sie in dichtem Kontakt mit diesen Seitenflächen 5 und 6 stehen. Dabei können allerdings noch sehr kleine und unvermeidbare Zwischenräume zwischen den Sei­ tenflächen 5 und 6 der Chips 2 und den Hohlräumen 21 aufgrund von ungenauen Dimensionsabmessungen ver­ bleiben. In diese Zwischenräume können aber nur sehr wenige Partikel gelangen, was jedoch im Vergleich zu dem Fall unproblematisch ist, bei dem Partikel auf nicht zu bedeckende Bereiche der oberen Flächen 3 und der unteren Flächen 4 der Chips 2 auftreffen.

Die leitenden Filme 10 und 11 in Fig. 1 werden durch den Werkstückhalter 13 in Fig. 3 hindurch gebildet. Wie die Fig. 4 erkennen läßt, lagern sich verdampfte Partikel an die freiliegende Oberfläche des Chips 2 an, und zwar durch die Öffnung 24 in der Maske 23 und den Zwi­ schenraum 25 hindurch. Auf diese Weise werden der leitende Film 10 auf der Endfläche 7 des Chips 2 und der leitende Film 11 auf der Endfläche 8 des Chips 2 gebil­ det. Zu diesem Zeitpunkt steht die erste Maske 16 in engem Kontakt mit der unteren Fläche 4 des Chips 2, während die dritte Maske 23 in engem Kontakt mit einem Teil der oberen Fläche 3 des Chips 2 steht, so daß kein leitender Film 10 oder 11 in Bereichen gebildet wird, die in Kontakt mit diesen Einrichtungen 16 und 23 stehen.

In Übereinstimmung mit Fig. 4 sind Kantenbereiche 26 und 27 des Chips 2 abgerundet, insbesondere bei einem chipartigen, monolithischen Kondensator. In die­ sem Fall wird die flexible erste Maske 16 z. B. entlang des abgerundeten Kantenbereichs 27 abgelenkt bzw. abgebogen, so daß vollständig verhindert wird, daß ver­ dampfte Partikel auf die untere Fläche 4 des Chips 2 gelangen können.

Bei einem gewöhnlichen chipartigen, monolithischen Kondensator wird der Chip 2 nach Bildung des leiten­ den Films 10 auf der Endfläche 7 und auf einem Teil der oberen Fläche 3, wie in Fig. 4 im Zusammenhang mit dem leitenden Film 10 dargestellt ist, umgekehrt und wiederum im Werkstückhalter 13 gehalten, wie die Fig. 3 zeigt. Sodann wird in diesem Zustand erneut ein Dünnfilm hergestellt, um die leitenden Filme 10 und 11 über die jeweiligen Endbereiche der unteren Fläche 4 des Chips 2 auszudehnen.

Die erste Maske 16 innerhalb des Werkstückhalters 12 oder 13 ist nur dann erforderlich, wenn die Dünnfilm­ herstellung gemäß dem in Fig. 3 gezeigten Zustand er­ folgen soll. Allerdings ist die erste Maske 16 auch inner­ halb des Werkstückhalters 12 in Fig. 2 vorhanden, so daß beim Betrieb der Übergang von dem in Fig. 2 ge­ zeigten Schritt zu dem in Fig. 3 gezeigten Schritt da­ durch schnell und einfach erfolgen kann, daß die zweite Maske 18 durch die dritte Maske 23 ausgetauscht wird.

Die erste Maske 16 braucht nicht unbedingt eine Alu­ miniumfolie zu sein. Sie kann auch eine Metallfolie aus einem anderen Material oder ein Film aus einem fluor­ haltigen Harz mit hoher Hitzebeständigkeit sein, z. B. ein Film aus Polytetrafluorethylen. Die erste Maske 16 besteht vorzugsweise aus einem chemisch stabilen Ma­ terial, so daß verdampfte Partikel, die sich an die erste Maske 16 anlagern, von dieser auf chemischem Wege wieder entfernt werden können, um diese Maske mehr­ fach verwenden zu können.

Die Fig. 5 zeigt einen Werkstückhalter 32 zur Bildung eines Films auf einer oberen Flächen 29 und auf jeweili­ gen oberen Teilen von Seitenflächen 30 und 31 eines Werkstücks 28. Der Werkstückhalter 32 enthält einen U-förmigen Haltekörper 33 zur Aufnahme des Werk­ stücks 28 in seiner Zentralposition und ist mit Masken 34 und 35 sowie mit Halteplatten 36 und 37 an seinen beiden Seiten ausgestattet. Die Positionen der Halte­ platten 36 und 37 relativ zum Werkstückhalter 32 kön­ nen über Schrauben bzw. Bolzen 38 und 39 verändert werden, die mit dem Haltekörper 33 in Eingriff stehen bzw. durch diesen hindurchragen.

Die Masken 34 und 35 sind aus flexiblem Schichtma­ terial hergestellt, z. B. aus einer Aluminiumfolie, und weisen die Form von Zylindern oder Säcken auf. Diese Zylinder bzw. Säcke enthalten z. B. Füllungen 40 und 41 aus rostfreien Stahlfasern.

Die Masken 34 und 35 befinden sich an beiden Seiten des Werkstücks 28 und werden durch die Halteplatten 36 und 37 in dichtem Kontakt mit vorbestimmten Berei­ chen der Seitenflächen 30 und 31 des Werkstücks 28 gehalten, und zwar durch die Elastizität der Faserfüllun­ gen 40 und 41. Zu dieser Zeit sind die Masken 34 und 35 deformiert, wie die Fig. 6 in vergrößerter Darstellung zeigt, um enge Kontaktzustände über die gesamten Be­ reiche zu erhalten, die in Kontakt mit dem Werkstück 28 stehen. Wird ein Film 42 gemäß Fig. 6 hergestellt bzw. geformt, so weist eine Kante 43 des Films 42 daher eine klare Konfiguration auf.

Das Material für die Masken 34 und 35 bei diesem Ausführungsbeispiel braucht nicht unbedingt Alumini­ umfolie zu sein. Es kann auch ein anderes flexibles Schichtmaterial mit hoher Hitzebeständigkeit zur Bil­ dung der Masken 34 und 35 zum Einsatz kommen.

Das hitzebeständige Fasermaterial für die Faserfül­ lungen 15, 40 oder 41 braucht ebenfalls nicht rostfreier Stahl zu sein (Fasern aus rostfreiem Stahl). Es können auch Metallfasern aus anderem Material oder aber Ke­ ramikfasern verwendet werden.

Claims (7)

1. Werkstückhalter zum Halten eines Werkstücks unter teilweiser Maskierung des Werkstücks, ge­ kennzeichnet durch

• - eine Maskierungseinrichtung (16, 18, 23, 34, 35) mit einer Oberfläche, die in Kontakt mit einem Oberflächenteil des zu maskierenden Werkstücks bringbar ist, und
• - eine elastische Andruckeinrichtung, die die Maskierungseinrichtung und das Werkstück elastisch gegeneinanderdrückt, wobei die ela­ stische Andruckeinrichtung eine Menge an hit­ zebeständigen Fasern (15, 40, 41) enthält.

2. Werkstückhalter nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die hitzebeständigen Fasern Me­ tallfasern enthalten.

3. Werkstückhalter nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die hitzebeständigen Fasern Ke­ ramikfasern enthalten.

4. Werkstückhalter nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die elastische Andruckeinrich­ tung Mittel (14, 19a, 19b, 20a, 20b, 33, 36 bis 39) zum Regulieren des Zwischenraums zwischen der Mas­ kierungseinrichtung und dem Werkstück aufweist, und daß die Fasermenge durch die Zwischenraum- Regulierungsmittel getragen wird, um eine Elastizi­ tät in einer solchen Richtung aufzubauen, daß sich Maskierungseinrichtung und Werkstück einander nähern.

5. Werkstückhalter nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Maskierungseinrichtung (18, 23) die Form einer steifen Platte aufweist.

6. Werkstückhalter nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zwischenraum-Regulie­ rungsmittel eine plattenförmige Einrichtung (14), die der Maskierungseinrichtung über das Werk­ stück gegenüberliegt, sowie eine Kopplungsein­ richtung (19a, 19b, 20a, 20b) zur Aufrechterhaltung eines konstanten Zwischenraums zwischen der plattenförmigen Einrichtung und der Maskierungs­ einrichtung aufweisen, und daß die Fasermenge (15) zwischen der plattenförmigen Einrichtung (14) und dem Werkstück angeordnet ist.

7. Werkstückhalter nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Maskierungseinrichtung (16, 34, 35) durch eine flexible, dünne Lage bzw. Schicht gebildet ist, und daß die Fasermenge (15, 40, 41) so angeordnet ist, daß sie in Kontakt mit der Maskie­ rungseinrichtung steht.