DE1465697A1

DE1465697A1 - Verfahren zur Herstellung elektrisch leitender Verbindungen

Info

Publication number: DE1465697A1
Application number: DE19631465697
Authority: DE
Inventors: Kahan George Julius
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1962-01-31
Filing date: 1963-01-30
Publication date: 1969-05-22
Also published as: DE1465697B2; US3201850A; GB991824A; CA753218A

Description

PATENTANWALT TELEGRAMME: WESPATENT β MÜNCHEN POSTSCHECK, MÜNCHEN 1015« MONTENSTRASSE »/I BANKHAUS H. AUFHiUSER 37950ό TELEFON: 573203 P 14 65 697.4 Heue Anmeldungaunterlagen

Docket JOj 4,6,2

International Business Machines Corporation

aassBssqsssssessasssassssssBassa'casssssssss

Armonlc, H.Y. 10 504, TJSA Verfahren zur Herstellung elektrisch leitender Verbindungen BSBSSS SSSSSSSSSSS SBSSSSSS BSS=SSBSS_SSS SSSSSSSSSSSSSSSSSBSSS SSS

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung elektrisch, leitender Verbindungen zwischen Metalloberflächen, und zwar sowohl zur Verbindung normal leitender Elemente als auch supraleitender Elemente. Es soll zunächst auf die Probleme Bezug genommen wer-? den, die bei der Herstellung von Verbindungen von supraleitenden Elementen auftreten können.

Die Arbeitsweise einer kryogen en Einrichtung oder eines Kryotrons beruht auf dem physikalischen Phänomen der Supraleitfähigkeit, bei der es sich um die Eigenschaft gewisser Metalle und legierungen handelt, unterhalb einer kritischen Temperatur keinen elektrischen Widerstand zu zeigen. Allgemein enthalten Kryotrons Ubereinanderliegende Steuer- und Torleiter, die aus leitenden Streifen aus harten und weichen supraleitenden Materialien, z.B. Blei und Zinn, gebildet, sich Jcreuzend oder in gleicher Richtung mit dazwischenliegen-

909821/0247

den dielektrischen Schichten angeordnet und auf ebenen Unterlagen aufgebracht sind. Mehrere Kryot rona werden auf eine derartige Unterlage zur Bildung einer kryogenen Vorrichtung aufgebracht. Zur Erleichterung der elektrischen Anschlüsse an eine kryogene Anordnung sind ausgewählte Steuer- und auch Torleiter so angebracht, dass sie mit den "Inseln" bzw. Anschlußstellen, die sich entlang des Umfangs' der Unterlage befinden, elektrisch eine Einheit bilden. Eine kryogene An-_Ä Ordnung und die dazugehörigen Inseln sowie gewisse elektrische Anschlüsse zwischen diesen Inseln und den Verbraucherkreisen und Stromquellen sind beispielsweise in dem Patent 1 120 502 gezeigt. Es ist offensichtlich, dass elektrische Anschlüsse an Inseln supraleitend sein sollten, so dass kein Widerstand eingeführt und demzufolge kein Erwärmen in den verschiedenen Kryotronkreisen bewirkt wird. Dies 1st besonders wichtig, wenn die besonderen Steuer- und Torleiter, die mit derartigen Inseln elektrisch eine Einheit bilden, in einer "supraleitenden Sohleife" angeordnet sind, dl· als Sohlelfe definiert ist, in der ein einmal eingeleiteter Strom von selbst dauernd weiterflieset„ Ein kleiner durch einen Anschluss, der nicht supraleitend 1st, eingeführter Widerstand würde einen solchen Betrieb unterbrechen₀

Bei der Bildung supraleitender Anschlüsse an Inseln traten bisher beträchtliche Schwierigkeiten auf. Bei den bisherigen

909821/0247

BAD

U65697

Methoden wurden bekannte Lötverfahren angewendet, die nur wenig modifiziert wurden, ua sie für kryogen« Anwendungszweoke anzupassen« Derartige Lötverfahren erfordern Jedoch die Anwendung einer groeaen Wärmemenge direkt auf die Insel« üb eine Verbindung swieohen ihr und beispielsweise eine« Lei« tungsdraht oder einen Leitungsband herzustellen. Die Anwendung von ttbermässlger Wärme auf eine Kryotradanordnung ist Jedoch ausserordentlioh unzweokmässlg. Wenn beispielsweise metallische Unterlagen verwendet werden, so wirken derartige Unterlagen als Wärmesenke, wodurch die Unterlage und demzufolge jedes darauf angebrachte Kryotron auf den Schmelzpunkt des besonderen verwendeten Ltttmaterials erwärmt werden. Durch Unterschiede der thermischen Ausdehnungskoeffizienten der metallischen Unterlagen, der Steuer- und Torleiter und der dazwischenliegenden dielektrischen Schichten bedingte Beanspruchungen bewirken häufig einen Bruoh und eine dauernde Schädigung der kryogenen Anordnung. Auch wenn Olasunterlagen verwendet werden, bewirken die durch das Punkterhitzen an einer Insel und das anschliessende Abkühlen bedingten Spannungen häufig ein Zerspringen der Olasunterlage. Ausserdem bewirkt Ubermäs8lges Erhitzen einer kryogenen Anordnung während eines Lötverfahrens eine Diffusion von Atomen an den Verbindungsstellen von harten und weichen supraleitenden Materialien, so dass stärkere Magnetfelder erforderlich sind, um jedes der-

909821/02

BAD ORIGINAL

_ 4 —

artige Material aus einen supraleitenden Zu et and in einen Wider» standaeustand zu βohalten.

Außerdem sind die bisherigen Methoden für eine Massenproduktion Ton kryogen en Vorrichtungen völlig angeeignet* So sind Beispieleweise ftir kryogene Anwendung szweoke angepaßte lötteobniken aufgrund der Kleinheit der Strukturen» zwischen denen supraleitende Anaohlüsee hergestellt werden sollen» außerordentlich zeitraubend« Obgleich die Inseln eine maximale zulässige Oberfläche besitzen und Ib allgemeinen dicker als die an sie anschließenden Tor- und St et» er leiter sind, so sind sie doch außerordentlich fragil. Wenn nicht überaus vor eich tig gearbeitet wird, kann durch -Zufall die kryogene Anordnung duroh Durchdrücken und/oder unachtsamen Gebrauch von Flußmitteln während des Ib*t ν erfahrene geschädigt werden· Derartige Methoden wurden jedoch weiter angewandt) da bisher keine zufriedenstellende andere Methode verfügbar war»

Bs ist bereits ein elektrischer Druckkontakt zur kontakt β icher en Verbindung «wischen leitenden Teilen bekannt, Bit dem eine einwandfreie Kontakt gäbe für lange Zeit sichergestellt werden soll. Zwischen den kontaktgebenden Teil dee Druckkontaktes und dem etroaftihranden Hement ist als zusätzliches Kontakt element eine Sohloht aus gut leitender Masae angeordnet. Mit de« Prinzip« zwischen den Leitern eine zusätzliche, leitende Schicht anzuord- η&η, läßt sich das Pro biete der Vermeidung übermäßiger Wärmeanwendung bei der Herstellung beliebiger elektrischer Verbindungen

909821/0247

nicht lösen·

£8 ist auch bekannt, Kontakte bei der Herstellung von Widerständen und Kondensatoren unter Anwendung eines Kittes aufzubringen· Auch diese» Verfahren führt praktisch dazu, dafi ein zusätzliches Kontaktelement erzeugt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der Herstellung von elektrischen Verbindungen »wischen beliebigen Leitern» insbesondere Supraleitern, eine übermäßige Wärmeentwicklung auszuschalten.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dafi man diese Metalloberflächen Kit einer lösung behandelt, die ein Ears als Bindemittel und eine Säure enthält, die Kit den auf diesen Oberflächen vorhandenen Oxyden oder anderen Schichten.reagiert, und dadurch diese Oberflächen freilegt und flächenformige Kontakte zwischen diesen Oberflächen bildet und nichtungesetzte Säure unter gleichzeitiger Bärtung des Bindemittela verdaapft.

Hierdurch werden die Oberflächen von Teilchen und/oder Körpern, insbesondere aus supraleitenden Materialien, behandelt, um leitende metallische Brücken zu bilden, die fläohenf or feige, nicht aber punktförmige Kontakte bilden, so daß derartige Teilchen und/oder Körper wirksam zu einer Einheit verbunden werden. Elektrische, insbesondere supraleitende, Verbindungen zwischen der Oberfläche von Veilchen und/oaer Körpern werden ohne Anwendung von Wärme

909821/0247
BADORtGlNAL

gebildet» indem solche Materialien der Einwirkung einer geeigneten Lu sung unterworfen werden» die in wesentlichen aus einer Säure and einen Bars und gegebenenfalls aus einen lösungsmittel besteht. Die Säure-löaungsmittel-HarB-Löeung bewirkt die ?reilegung reiner Oberflächen der Reiter,, so daß sie die Bildung dieser leitenden metallischen Brücken untersttitst und auch als Klebemittel dient, un die so hergestellte supraleitende Verbindung dauerhaft su maohen.

Wenn die Säure-Lösungsmittel-Hara-Iösung auf die Oberfläche eines leitenden Teilchens oder Körpers, insbesondere aus supraleitende* Material, angewendet wird, so reagiert die Säurekomponente mit den normalerweisβ darauf befindlichen Oxydfilm unter Freilegung gründlich gereinigter Oberflächen des Materials und Erzeugung eines Hebenprodukts, das in der Säure-Iösungsmittel-Hare-Lösung löslich ist« Wenn sich zwei solche Oberflächen berühren, so bilden sich «wischen ihnen aufgrund der Anziehungskräfte ihrer Atone leitende «etallischβ Bindungen· Solche leitenden metallischen Bindungen bewirken, daß diese Oberflächen aneinanderheften. Da die ftebenprodukte des Reinigungsverfahrens löslich sind, entsteht eine maximale Zahl an Kontakten, und es werden daher leitende metallische Bindungen «wischen solchen Oberflächen gebildet. Aufierden besteht aufgrund eines Mechanismus, von dem angenommen Wird, daß er ein elektrolyt is eher Mechanismus ist, eine Tend en« «ir Bildung leitender metallischer Brücken au« leitendem Material uwi jede leitend· metallische Bindung· wobei Hohlräume zwisohen den eiob berührenden Oberflächen ausgefüllt werden» so dass

909821/02A7

BAOOBlGfNAL

ohenkontakte und nicht Punktkontakte zwischen diesen gebildet werden. Da solche Oberflächen wirksam zu einer Einheit verbunden sind« besitzen derartige Anschlüsse die gleiche Leitfähigkeit wie das leitende Material, das die Oberflächen bildet. Wenn die Säure und das Lösungsmittel der Lösung an8ohlies8end verdampfen» härtet die Harskonponente und verbindet die Kontaktflächen.

Gemäss einem weiteren Aspekt der Erfindung werden Teilchen von leitendem Material in die SKure-LÖsungsioittel-Harz-Lösung eingeführt, die als Träger dient. Die leitenden Teilchen werden, während sie sich in Suspension befinden, gründlich an der Oberfläche durch die Säurekomponente gereinigt und seigen die Tendenz, eich sofort aufgrund der Bildung leitender metallischer Bindungen «wischen ihnen zu agglomerieren. Die Harzkomponente bewirkt jedoch eine kurzzeitige Verzögerung der Bildung dieser leitenden metallischen Bindungen, so dass die an der Oberfläche gereinigten Teilohen als Pigment in Suspension verbleiben. Die Wahrscheinlichkeit der Bildung der leitenden metallischen Bindungen zwlsohen den an der Oberfläche gereinigten Teilchen 1st sehr hoch. Aufgrund des gleichen elektrolytIschen Mechanismus besteht eine Neigung zur Bildung von metallischen Brücken, um Hohlräume zwi- sehen derartig gebundenen Teilohen auszufüllen. Gemäss einem

909821/0247

anderen Aspekt der Erfindung wird diese Suspension von an der Oberfläche gereinigten Teilchen daher nach Art gedrückter Sobaltongen aufgebracht und bildet, wenn die Säure und das lösungsmittel der lösung verdampft sind» ein kontinuierliches Band τ erkettet er Teilohen, die Supraleitfähigkeit aufweisen und in der gehärteten Harskomponente fixiert sind·

Die vor et eh end en Ziele, Gegenstände, Merkmale und Torteile der φ Erfindung sind aus der nachfolgenden mehr ins eineeine gehenden

Beschreibung berorsugter Ausführungsformen der Erfindung, wie sie durch die beigefügten Zeichnungen erläutert werden» ersichtlich.

Die Zeichnungen seigern

PIg. 1 und 2 leitende, insbesbndere supraleitende Anschlüsse «wischen Inseln, die sich auf einer unterlage befinden, und einem leltungedraht bsw· einem Leitungsband, der bsw.das aus gleichartigen supraleitenden Materialien gebildet let;

Hg. 5 einen leitenden, insbesondere supraleitenden Dipolleitung sanechluß an «in· Insel avf einer Unterlage;

909821/0247

BAD

Flg. 4 einen supraleitenden Anschluss «riechen zwei Znsein« der aus anelnandergeketteteh. Teilotaen von supraleitenden Material gebildet ist, die In einem permanenten Har«bindemittel fixiert sind.

Der grundsätzliche Aufbau eines Kryotron» ist in Querschnitt in Jeder der Figuren 1, 2 und 3 gezeigt. Das Kryotron wird bekanntlich durch Aufeinanderlagerung von Schichten aus ausgewählten Materialien im Hochvakuum auf eine Unterlage 1, beispielsweise eine Aluminiumunterlage, mittels geeigneter Anordnungen von Masken gebildet. Zu Beginn wird eine Isolierschicht 3, beispielsweise aus Aluminiumoxyd, Über die geea»- te Oberfläche der Aluminiumunterlage 1 aufgebracht. Inseln 5 aus hartem supraleitendem Material werden dann In vorbeetimmter Anordnung längs des Rands der Unterlage 1 aufgebracht. Die Inseln 5 werden zur Erlelohterung der Bildung der Anschlüsse an ihnen mit der maximal zulässigen Oberfläche und der maximalen Dicke aufgebracht. Die nächste Stufe der Herstellung besteht darin» eine Absohirmungssohioht 7 aus hartem supraleitendem Material auf die Isolierschicht 3 aufzudampfen, während die Inseln 5 wirksam abgedeckt werden. Die Absohirmungssohicht 7 wirkt bekanntlich als Abschirmung zur Herabsetzung der Induktivität von Jedem der das Kryotron bildenden Steuer- und Torleiter. Ansohliessend wird eine zweite

909821/0247

Isolierschicht 9, beispielsweise aus Siliciummonoxyd, darüber so aufgebracht, dass sie die Abschirmungeschicht 7 leicht überlappt. Bin dünner Streifen 11 aus weichen supraleitendem Material, der den Torleiter des Kryotrons bildet, wird dann durch eine geeignete Maske auf die Isolierschicht aufgebracht. Eine weitere Sohicht aus isolierenden Material 13, beispieleweise aus Silioiummonoxyd, wird über denjenigen Teil des Torieitere 11 aufgebracht, der in gleicher Richtung oder dazu gekreuzt (letzteres ist dargestellt) zu einen dünnen Streifen 15 aus harten supraleitenden Material geführt ist« der den Steuerleiter des Kryotrons bildet. Der Steuerleiter 15 verläuft zu einer besonderen Insel 5 und bildet nit dieser elektrisch eine Einheit. Es ist bekannt, dass nur derjenige Teil des Torleiters 11 unmittelbar unter den Steuerleiter 15 aus weichen supraleitenden Material gebildet sein kann» wahrend der verbleibende Teil aus hartem supraleitenden Material bestehen kann. Obgleich es nicht gezeigt ist, ist es doch offensichtlich, dass der Torleiter 11 erforderlichenfalls ebenfalls an eine Insel 5 angeschlossen sein kann. Eine Schutzschicht aus isolierendem Material 14 wird über den Torleiter 11 und den Steuerleiter 15 aufgebracht „

909821/0247

BAO OFWGiNAL

Wie in folgenden in einzelnen nooh ausgeführt wird, betrifft die vorliegende Erfindung jedoch insbesondere die Herstellung elektrischer AnsohlUese Bit Supraleitung an beispielsweise Inseln 5, Die Auswahl eines besonderen der in den Figuren 1 bis 4 gezeigten elektrischen Ansohlüsse wird duroh übllohe Sohaltungstiberlegungen bestimmt. So werden beispielsweise die in den Figuren 1 und 2 gezeigten supraleitenden Ansohlfisse für StronansohlOsse für 01eiohstrom oder für niederfrequenten Wechselstrom an eine Insel 5 verwendet. Wie In jeder der Figuren 1 und 2 geneigt, 1st ein» Leitungsdraht 17 oder ein Leitungsband 1$ aus hartem supraleitendem Material, beispielsweise Blei, in supraleitendem Kontakt mit einem Ende mit einer Insel 5 und mit de» anderen Ende beispielsweise mit einem Verbrauoherkreis (nioht geteigt) verbunden. Eine andere Art von Stromverbindung für Olelohstrom oder niederfrequenten Wechselstrom 1st in FIg₄ 4 gezeigt, bei welcher die supraleitende Verbindung «wischen Inseln 5* die beispielsweise auf der gleichen unterlage 1 aufliegen, Ittnge einem aus verketteten Teilchen von hartem supraleitende» Material gebildeten Ansohluseband 81 gebildet wird. Bisher wurden Ansohlussbander, die dem in Flg. * gezeigten Ähnlich sind, durch Aufdampfen von dünnen leitenden Bindern duroh eine geeignete Maske gebildet, so dass sie «alt jeder der Inseln 5 elektrisch eine Einheit bilden. Ein« vierte Art von Anschluss, der allgemein

909821/0247

als Dipolleitungsanschluss bezeichnet wird, ist in Fig. 3 gezeigt. Ein solcher wird für hochfrequente Wechselstroman-Schlüsse an eine Insel 5 verwendet. Zur Bildung eines solchen Anschlusses erstreckt sich ein Teil 23 der Absohlrmungs·» sohioht 7 fingerförmig über die Isolierschicht 9 hinaus, während die Insel 5, die mit dem Steuerleiter 15 verbunden ist, vom Rand der Isolierschicht abgesetzt ist. Parallele leitende Folien 25 und 27 aus harten supraleitendem Material oilt einer dazwischenliegenden Isolierschicht 29 aus Mylar ™ sind in supraleitendem Kontakt mit einem Ende mit dem Teil 23 ■ der Abschirniungsechicht 7 bzw. der Insel 5 und mit dem endeten Ende beispielsweise mit einem nioht dargestellten Verbraucher verbunden. Die untere leitende Folie 27 dient in diesem Falle als Verlängerung der Absohirmungssohicht 7 zur Abschirmung der oberen supraleitenden Folie 25.

Die supraleitenden Anschlüsse, die in den Figuren 1, 2 und

■ gezeigt sind, sind bekannt und wurden bisher durch modifizierf ■ ■

m \ te Löttechniken hergestellt. 0er supraleitende Anschluss, der in Flg. 4 gezeigt 1st, let Jedoch von jeden bisher erzielten völlig verschieden und kann nur erfindungsgenäss hergestellt «erden.

Obgleich die erfindungsgemässen physikalischen und chemischen Verfahren nioht völlig erklärbar sind, so wird doch angenommen,

909821/0247

' · dass es der im nachfolgenden beschriebene Mechanismus ist, duroh den die supraleitenden Anschlüsse, Wie sie in den Figuren 1 bis * gezeigt sind» gebildet werden. Bs 1st klar ersichtlich, dass solohe Anschlüsse gebildet werden können, wenn das im folgenden im spezielleren angegebene Verfahren angewendet wird. Ausserdem werden diese supraleitenden Anschlüsse mit minimalem Erhitzen und unter Anwendung minima«· len Drucks gebildet· Gewöhnlich reloht das Eigengewicht einer Insel 5 «hs, wodurch schwerwiegende Beschränkungen, die bis jetat vorhanden waren., beseitigt werden. Dieses Verfahren kann «»eh bei Zimmertemperatur ausgeführt werden, und die einzige Erwärmung der kryogenen Anordnung ist die durch chemische und physikalische Vorgänge bedingte, duroh die der supraleitende Anschluss gebildet wird.

Xa allgemeinen bildet sieh ein dünner Oxydfilm mit hohem Widerstand Über die gesamte Oberfläche von supraleitenden Materialien* d.h. den Qruadmetallen, wenn diese kunsaeltlg der Atmosphäre ausgesetzt werden· Zur Gewährleistung eines supraleitenden Anschlusses muss ein solcher Oxydfilm von den zu verbindenden Oberflächen vollständig entfernt werden. Aueserde« muss der Kontakt zwischen solchen Oberflächen,, wenn er einmal gebildet ist, dauerhaft sein. Derartige supraleitende Anaehlüese werden gebildet, indem die Kontaktflächen von supraleitenden Materialien, d.h· der Insel 5 und des

909821/0247
BADOFHCUNAL

U65697

Leitungsdrahts 17 von Pig. 1, der Einwirkung einer chemischen Lösung unterworfen werden, die geeignete Säure- und Lösungemittelkomponenten enthält. Die Lösungsmittelkomponente kann für alle praktischen Zwecke als Verdünnungsmittel angesehen werden· Diese chemische Lösung reagiert unter Lösung der dünnen Oxydfilme, so dass blanke Oberflächen von supraleitenden Materialien freigelegt werden. Befinden sich solche Oberflächen in Kontakt, so bilden sich zwischen ihnen aufgrund der Anziehungskräfte der Atome in den Oberfläohenechichten leitende metallische Bindungen. Dies weist eine gewisse Analogie BU einer zwlsohen ohemisoh gereinigten Oberflächen eines gleichen Grundmetalls durchgeführten "Kaltsohwelssung" auf. Zusätzlich scheint die Säurekomponente eine elektrolytisohe Wirkung zu unterstützen, duroh die freie Ionen des supraleitenden Materials metallische Brücken über diese leitenden metallischen Bindungen bilden, so dass Hohlräume zwlsohen den Kontaktflächen der supraleitenden Materialien ausgefüllt werden, wie es im folgenden noch beschrieben wird_o Demzufolge werden Flächenkontakte und nicht Punktkontakte zwischen den sloh berührenden Oberflächen gebildet, so dass solche Oberflächen tatsächlich eine Einheit bilden.

Die Säure-Lösungsmlttel-Lusung löst gleichzeitig Nebenprodukte von der Oberfläche, die gereinigt wird, d.h. die bei

909821/0247

w 15 -

der Reaktion der SSurekoaponente mit den dünnen Oxydfilmen gebildeten Metallsalze. Fails solche Nebenprodukte nicht gelöst würden, würden sie ausfallen und zwischen den Kontaktflächen verbleiben, so dass sie die Bildung von metallisch leitenden Bindungen zwisohen diesen erschweren und einen Widerstand in den Ansohluss einbringen wurden.

Die so zwischen den Oberflächen der supraleitenden Materialien gebildeten metallischen Bindungen sind fragil und werden leicht getrennt. Solohe Bindungen werden jedoch d»rch die Zugabe eines geeigneten filmbildenden organischen Harzes zu der Säure-Löeungemitte!-Lösung dauerhaft gemacht. Die Harzkomponente sollte in der Säure-LÖsungsmittel-Lösung löslich und mit dieser verträglich sein» so dass keine Nebenprodukte der Reinigungswirkung ausfallen. Da die Säure- und Lösungsmittelkomponenten flüchtig sind, verdampfen sie ansohliessend oder verbinden sieh mit dem Harz« Die Herzkooponente härtet dann und bildet ein permanentes Bindemedium 16 zwischen und über , den Oberflächen/ so dass die leitenden Metallischen Bindungen β intakt bleiben. Die gehärtete Hawskomponente enthält Spuren j der Metallsalznebenprodukte der Reinigung sowie der Säure- | und Lösungsmitte!komponentenο j

909821/0247

Eine gründliche'Reinigung, der Oberflächen von supraleitenden Materialien, d*h. die Reaktion der Säure und des Metalloxyde, und der Umstand, dass keine Nebenprodukte einer sol· ohen Reaktion ausfallen, ermöglichen die Bildung einer ma« xlnalen Anzahl von leitenden metallischen Bindungen und demzufolge von metallischen Brücken, so dass ein gebildeter Anschluss hohe Stromkapazität und niedrige Induktivität aufweist, Da ausserdem die Säure»Lösuiigsmlttel-Harz-Lösung flüs= sig ist, werden die zu verbindenden Oberflächen zu diesem Zeltpunkt vor einer Oxydation geschützte

Wenn ein supraleitender Anschluss gebildet werden soll, so werden die zu verbindenden Oberflächen, d,h<, diejenige des Leitungsdrahts 17 und der Insel 5 von Fig, I, la Berührung gebracht, während die Säure-Lösungsmitteλ Harz lösung aufgebracht wird« Zur Verbißdung der ebenen Oberflächen, wie sie in Fig. 2 gezeigt sind, wird ein Tropfen der Säure-Lösungs» Wk, raittel-Harz°LÖ8\mg auf die Insel 5 aufgebracht und das Lei«= tungsbaftd 19 wird unter ausreichendem Druck aufgedrückt., um die Berührung der Jeweiligen Oberflächen herbeizuführen» Bei dem Dipolleitungsanschluss von FIg_n 5 wird ein ähnliches Verfahren bei jeder der leitenden Folien 25 und 27 und der In= sei 5 bzwc dem Teil 23 der Abschinaungsschicht 7 angewendet. Ein Austreten der Säure=L8sungsmittel-Harz-LÖsung aus dem

909821/0247

Raum zwischen den Oberflächen der leitenden Folien 25 und 27 und der Insel 5 bzw» dem Teil 22 der Abschlrnungssohlcht 7 bewirkt die Bindung des entsprechenden Endes der isolierenden Mylarsohloht 29 an die isolierende Sohloht 9. Da die Säure»Lösungsraittel-Harz=Lösung flüssig ist, kann eine solche Lösung beispielsweise mittels einer Spritze aufgebracht werden.

Der elektrische Ansohlussteil, z„B_o der Leitungsdraht 17 von Fig. 1 oder das Leitungsband 19 von Fig, 2 oder die leitenden Folien 25 und 27 von Flg. 3, sind vorzugsweise aus dem gleichen supraleitenden Material, beispielsweise Blei» wie die Insel 5 gebildet. Die Säurekomponente wird demzufolge so ausgewählt, dass sie mit dem Bleioxydfilm unter Bildung von in der Sättre~I£su£gsnlttel~Harz~I#sung lös Hohen Bleisalzen reagiert. So kann beispielsweise Essigsäure mit Vorteil verwendet werden« da sie mit dem Bleioxyd film unter· Bildung von Blelaaetat oder anderen komplexeren Acetaten reagiert, die bei Verwendung eines Alkanols, z,B_c Methylalkohol, ale Lösungsmittel in Lösung gehen« Der Methylalkohol dient ausserdem zur Verdünnung der Essigsäure, so dass diese die Bleiinsel nicht übermässig löst»

909821 /0247

U65697

Organische Harze, wie beispielsweise Polyvinylbutyral, Polyvinylacetat oder Polyvinylpyrrolidon,bilden, wenn sie der Essigsäure-Mothylalkohal-Lösung zugesetzt sind« geeignete Klebstoffe, um den einmal gebildeten supraleitenden Anschluss aufrecht zu erhalten. So liefert beispielsweise eine aus 2 g Polyvinylbutyral, 20 ml Methylalkohol und 0,75 ml Bisessig bestehende Lösung einen dauerhaften supraleitenden Anschluss zwischen Bleiflächen, wie in Figuren 1, 2 und 5 gezeigt. Jedes dieser Harze besitzt filmbildende Eigenschaften und ist in der Essigsäure-MethyLalkohol-Lösung ,Löslich und mit dieser verträglich. Wird die Säure-Löeungsmittel-Harz-Lösung angewendet, so bilden Harze, wie beispielsweise Polyvinylbutyral, zu Beginn eine dünne äussere Haut oder einen dünnen äusseren Film, durch die bzw. den die Essigsäure und der Methylalkohol in osmotischer Weise verdampfen. Es wurde beispielsweise fest» gestellt, dass es zumindest 4 Stunden dauert, bis ausreichende Mengen an Essigsäure und Methylalkohol verdampft sind, um eine dauerhafte supraleitende Verbindung zwischen Bleiflächen herzustellen ο Es 1st ersichtlich, dass «In solcher Prozess durch schwaches Erwärmen der Bleiflächen oder durch Anwendung von Unterdruck beschleunigt werden kann. Solche organischen Harze scheinen ausserdem die Bildung der leitenden metallischen Bindungen und auch die elektrolyt Ischen Prozesse.» durch die me-

909821/0247

H65697

taliische Brücken «wischen den Oberflächen gebildet werden, su verzögern, so dass eine gründliche Reinigung der Bleiflächen durch die Essigsäure gewährleistet wird.

Zur Bildung von Anschlüssen »wischen BleiInseln 5, «1« in Pig. & gezeigt, dient die Säure-LÖeungamittel-Hare-Löeung als Trager für die Teilchen der supraleitenden Materialien. Werden Bleite Hohen oder -pulver, z.B. 40 g, mit eltier Teilchengrösee von O₉OJk mt (SOO mesh), in die oben definierte Lösung, beispielsweise eine Lösung von Essigsäure, Methyl" alkohol und Polyvinylbutyral, eingebracht, so wird jedes Teil» chen sofort einer gründlichen Reinigung durch die Säurekon» pon#nte unterworfen, wodurch oxydfreie OberflHohen freigelegt werden und leitende metallische Bindungen sich zwischen den In Kontakt befindlichen Oberflächen ausbilden« Nebenprodukte dieser Reinigung lösen «loh in der Essigsäure und dee Methylalkohol. Die Bildung dieser leitenden metallischen Bindungen soheint durch die Irreguläre OberflKchenfom Jedes Teilchens beschleunigt zu werden, wobei sich Einzelteile der jeweiligen Oberflächen in verschiedenen Energlesustanden befinden. Es wurde beobachtet, dass in Abwesenheit einer Harzkoaponente, z.B. Polyvinylbutyral, die gereinigten Bleiteiloben sofort zu einer festen Masse agglomerieren* Das Vorhandensein eines geeigneten Harzes in der Lösung soheint jedoch

909821/0247

H65697

• die* Geschwindigkeit dieser Agglomerierung so vermindern« Eine itfgliohe Erklärung dieses Phänomene besteht darin, dass die Harskonponente über den Bleiteilohen dünne Schutzfilme bildet, die nur vorübergehend die Bildung der leitenden netalliechen Bindungen zwischen diesen verhindern. Demzufolge bleiben die Bleiteilohen für eine kurze Zeitspanne, d.h. etwa 5 Minuten« in der S&ur*-I£sungsalttel-Ha»-X&sung als Pigment suspendiert und können als Paste oder Brei in Form eines dünnen Streifens auf-und zwischen die Blelineein 5 entlang der Isolierschicht > auf der Unterlage 1 aufgebracht werden· So kann fttr diesen Zweck beispielsweise eine kleine Spritze verwendet werden. IHe Paste bsw« der Brei nuss jedoch vor der Bildung der leitenden metallischen Bindungen «wischen den Bleiteilohen aufgebracht werden« Ein Absetzen der Bleiteilohen soheint gegen die Wirkung der durch das Polyvinylbutyral gebildeten Schutzschicht stattzufinden und auch die Bildung leitender Metallischer Bindungen zwischen einer aaxiaalen Ansah! von Bleiteilohen au gewährleisten. Ausserde« bringt die SHure-Lösungsmittel-flarz-Iiöeung gleichseitig die Oberflächen der Inseln 5 in einen solchen Zustand, dass Metallisch leitende Bindungen zwisohen diesen und den gründlich gereinigten Bleiteilohen, die sich darauf absetzen, gebildet werden.

909821/0247

H65697 - si -

Ausserdeni bilden sieb netalllsohe Brücken Über die leiten» den metallischen Bindungen und füllen Hohlräune »riechen den in Berührung befindlichen Teilchen aus. Der Mechanismus der Bildung solcher Brücken 1st wohl ein elektrolytIsoher, bei welchen die Antriebskraft in der freien Oberfiächenenergie des Materials zu suchen 1st. Demzufolge werden keine Punktkontakte zwischen den Bleiteilchen» sondern Flächenkontakte erhalten wie im &tlle der Verbindung ebener Oberflächen. Die Fl&ehenkontakte zwischen den verketteten Bleiteilchen setzen den Widerstand des aufgebrachten Ansohlussbands wirksam herab, duroh das die Inseln 5 von Pig· k verbunden werden. Wenn die Essigsäure und der Methylalkohol der Ltisung verdampft sind, haben sich die Bleiteilehen verkettet und sind in de« gehärteten Polyvlnylbutyralblndemlttel fixiert und bilden ein dauerhaftes supraleitende· Ansohlussband·

Durch Abänderung der prozentualen Zusammensetzung der Säure-Lösungeeittel-Hara-Löaung kann das oben beschriebene Verfahren auch zur Bildung supraleitender Anschlüsse zwischen Oberflächen anderer supraleitender Materialien durchgeführt werden. In solchen Lösungen sollte die Säurekomponente mit den Oxyd- oder anderen Filmen» die auf den Oberflächen von supraleitenden Materlallen gebildet sind, reagieren, woduroh sich

909821/0247

BAD ORIGINAL

H65697

-2S-

leitende metallische Bindungen »wischen diesen bilden. Die Lösungsaittelkoaponente sollte Nebenprodukte dieser Reaktion su lösen vermögen« Die Harzkomponente sollte «it der Saure und dem Lösungsmittel vertraglich sein und eine Klebemasse zwischen den Kontaktoberflächen der Materialien bilden. Im Falle von Zinn beispielsweise können supraleitende Anschlüsse, wie sie in Figuren 1 bis 4 gezeigt sind« durch eine Lösung von Oxalsäure, die mit Zinnoxyd unter Bildung löslicher Zinnsalze reagiert, Methylalkohol und Polyvinylbutyral gebildet werden.

Die prozentuale Zusammensetzung der Lösung ist nioht kritisch und kann je nach den Bedingungen der Oberflächen, die supraleitend verbunden werden sollen, öder den Jeweiligen besonderen Erfordernissen solcher Anschlüsse variiert werden« In Fällen beispielsweise, in welchen die supraleitenden Materialien UbemKssig oxydiert sind, kann die Konsentration der Stturekoaponente auf Kosten des Lösungsmittel* erhöht werden, um eine vollständige Reaktion mit den Oxydfilaen su gewährleisten. Un Anschlüsse mit geringe« Widerstand su bilden, wird umgekehrt die Konzentration der Säurekomponente herab» gesetzt, so dass der Oxydfilm nicht vollständig umgesetzt wird. Wie bereits erwähnt, verbleiben Oxydfilm und/oder Nebenprodukte der Oberflächenreinigung zwischen den Kontakt-

909821/0247

BAD ORIGINAL

flächen der supraleitenden Materialien und bringen so einen gewissen Widerstand in den Kontakt ein. Die Konsentration der Stturekoeponente in der Lösung bestlmat daher den Widerstand des «wischen den Kontaktflächen der supraleitenden Materialien gebildeten Anschlusses.

909821/0247

Claims

at ent an s ρ .r fi c h e

1. Verfahren zur Herstellung elektrisch leitender Verbindungen zwischen Metalloberflächen« dadurch gekennzeichnet» daß man diese Metalloberflächen mit einer Lösung behandelt, die ein Harz als Bindemittel und eine Säure enthält, die mit den auf diesen Oberflächen vorhandenen Oxyden oder anderen Schichten reagiert, und dadurch diese Oberflächen freilegt und flächenförmige Kontakte zwischen diesen Oberflächen bildet und nicht umgesetzte Säure unter gleichzeitiger Härtung des Bindemittels verdampft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch seine Verwendung zur elektrischen Verbindung von metallischen, vorzugsweise supraleitenden Leitern (Drähten, Bändern, usw.).

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch seine Verwendung zur Herstellung elektrisch leitender Verbindungen zwischen suspendierten Metallteilchen, vorzugsweise zwischen den in einer zur Herstellung von supraleitenden Schaltungen und/oder Schaltungselementen mittels eines Druckverfahrens dienenden Faste suspendierten Metallteilchen.

4· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man der Lösung zusätzlich ein Lösungsmittel zusetzt.

909821/0247

5. Verfahren nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß man ein Lösungsmittel verwendet, in dem die durch Einwirkung der Säure.gebildeten Nebenprodukte löslich sind.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Hare verwendet, das in der Säure löslich ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man eine im wesentlichen aus Basigsäure, einem Alkanol und einem organischen Harz bestehende Lösung und als Metalloberflächen solche von Blei verwendet.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man,eine im wesentlichen aus Oxalsäure, einem Alkanol und einem organischen Harz bestehende Lösung und als Metalloberflächen solche von Zinn verwendet.

9* Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man Teilchen von supraleitenden Materialien in der Lösung suspendiert.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man diese Suspension in Form schmaler Streifen vor der Agglomerierung der Teilchen auf einen Träger aufbringt.

909821 /0247

11» Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Säure verwendet, durch die sich freie Ionen des supraleitenden Materials über die leitenden metallischen Bindungen abscheiden·

909821 /0247