DE1496837A1 - Eloxierverfahren - Google Patents

Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. H. E. BÖHMER

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Böblingen, 25. Juni 1964 ,. ki-en

Anmelder:

Amtl. Aktenzeichen:
Aktenz. d. Anmelderin:

International Business Machines Corporation, New York

Neuanmeldung
Docket 14 045

Eloxierverfahren

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Eloxieren von Metalloberflächen entsprechend einem gewünschten Muster.

Bei bekannten Verfahren werden die nicht zu eloxierenden Teile eines Körpers mit einer Schutzmasse belegt. Für manche Anwendungen mag diese Technik zufriedenstellend sein, wenn jedoch die Maße der nicht zu eloxierenden Teile genauestens einzuhalten sind, ist dieses bekannte Verfahren völlig ungeeignet.

Ein Hauptnachteil des bekannten Verfahrens ist der, daß das Metalloxyd die Neigung hat, unter das Schutzmaterial vorzudringen, so daß die nichteloxierten Zonen kleiner sind als die durch die Schutzmassen abgedeckten. Bei der Herstellung eloxierter Folien-Kondensatoren hat sich z, B. gezeigt, daß es unmöglich ist, beim Eloxieren der Metallfolienkathode dünne Linien von einer Breite einiger Hundertstel Millimeter vom Eloxieren zu befreien infolge der eben beschriebenen Nachteile der Schutzmasse.

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Es ist demnach die Hauptaufgabe der Erfindung, ein Eloxierverfahren zu schaffen, das erlaubt, die Maße der zu eloxierenden bzw. nicht zu eloxierenden Flächen genauestens einzuhalten. Dies wird geniäß der Erfindung dadurch erreicht, daß entsprechend dem gewünschten Muster ein Maskenmetall auf die nicht zu eloxierenden Teile der zu eloxierenden Oberfläche aufgedampft wird, anschließend in einem Bad das Eloxieren erfolgt und dann die gesamte Oberfläche in ein Ätzmittel getaucht wird, das das Maskenmetall und sein beim Eloxieren gebildetes Oxyd auflöst, jedoch das Grundmetall und sein Oxyd nicht angreift. · -

Einzelheiten der Erfindung sind nachstehend anhand eines in den Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispieles beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Metallfolie, die mit einem bekannten

Maskenverfahren eloxiert wurde und

Fig. 2a bis

2c Verfahr ens schritte einer mittels des erfindungs gemäß en Verfahrens eloxierten Metallfolie.

Die Wichtigkeit der Erfindung kommt durch Betrachtung der in Fig. 1 bekannten Praxis besser zum Ausdruck. Entsprechend dieser bekannten Praxis wird das Grundmetall 10 einer Schutzschicht 11 in den Regionen belegt, in denen ein Eloxieren nicht erwünscht ist.

Das Grundmetall kann irgendein für das Eloxieren geeignetes Metall sein, beispielsweise Tantal- oder Aluminiumfolien als Anoden in einem Dünnfilmkondensator mit einer gerollten oder gestapelten Anode oder als Elektrode in einen Dünnfilmkondensator der Vakuumabscheideart sein. Als Schutzmaterial 11 werden häufig verwendet Bänder, Lacke, Harze oder andere

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Materialien, die dem Eloxierbad standhalten und geeignet sind, die Bildung eines anodischen Filmes auf der Oberfläche des Grundmetalles 10 zu verhindern.

Das mit Masken belegte Grundmetall wird dann mit irgendeinem Standardeloxier verfahr en behandelt, um einen Oxydfilm 12 auf den freigelassenen Stellen des Grundmetalles zu erzeugen. Bei der Entfernung des Schutz materiales 11 zeigt es eich jedoch, daß der Oxydfilm 12 an der Berührungsfläche 13 zwischen demselben und der Schutzschicht unter die Händer der letzteren vordringt. Dadurch entstehen kleinere uneloxierte Zonen auf der Oberfläche des Grundmetalles 10 als ursprünglich durch die Schutzschicht vorgesehen war.

Der Durchbruch einer sehr dünnen Elektrolytenschicht von einigen Hundertstel Millimeter durch konventionelle Maskenmaterialien verursacht eine hohe Widerstands region, die fähig ist, den größten Teil der Eloxierspannung aufzunehmen. Außerdem hängt das Kriechen des Oxydfilmes unter die Maske von der Zunahme der Eloxierspannung ab, da das elektrische Feld bei der Maskenkathoden-Berührungsfläche 13 mehr als 8 χ 10 Volt/cm beträgt.

Wenn nun die Breite der von der Maske belegten Fläche relativ klein ist, beispielsweise in der Größenordnung einiger Hundertstel Millimeter, ruft ein Kriechen des Metalloxyds von beiden Seiten her unter die Maske eine völlige Belegung der von der Maske abgedeckten Fläche des Grundmetalles hervor.

Der erste Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in dem Herstellen der Maske aus einem gegenüber dem Grundmetall 10 unterschied-

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BAD ORIGINAL

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lichen Metall 14 an den Stellen, an denen ein Eloxieren unerwünscht ist. Als Maskenmetall 14 ist ein Metall ausgewählt, das sowohl selbst als auch sein Oxyd beim Eloxieren durch Anwendung eines Laugenmittels oder durch elektrolytisches Ätzen entfernt werden kann, wobei jedoch das Grundmetall und dessen Oxyd unangegriffen bleibt. Im Beispiel der Fig. 2a ist als Grundmetall Tantal und als Maskenmetall 14 Aluminium gewählt.

Als Grundmetall und Maskenmetall können beispielsweise Verwendung finden Tantal, Molybdän, Aluminium, Zirkonium, Hafnium, Wolfram, Wismuth, Beryllium, Magnesium, Silicium, Germanium, Zinn, Titan und Uran.

Die einzige Einschränkung in der Auswahl der geeigneten Kombination der beiden Materialien liegt darin, ein geeignetes Ätzmittel zu finden, welches das Oxyd des Maskenmateriales angreift, jedoch das Grundmaterial unzerstört läßt.

Das Maskenmetall kann angewendet werden durch Sprühen, Aufdampfen, Zersetzen einer Organometall-Verbindung, z.B. Metallkarbonyl, oder mit anderen Techniken. Es können Schablonen, Masken oder dergl. verwendet werden, um die Auflage von Maskenmaterial auf Regionen des Grundmetalles 10, in denen kein anodischer Film erzeugt werden soll, zu beschränken.

Sowohl das Grund- als auch das Maskenmetall muß fähig sein, einen anodischen Oxydfilm zu bilden.

Wie die Fig. 2b zeigt, sieht der nächste Verfahrens schritt die Bildung des Qxydfilmes 15 vor auf der Oberfläche des Grundmetalles 10 und dem

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Maskenmetall 14. Dadurch entsteht auf der freien Oberfläche des Grundmetalles die Grundmetalloxydschicht 16 und auf dem Maskenmetall 14 die Maskenmetalloxydschicht 17.

Wird angenommen, daß als Grundmetall 10 Tantal und als Maskenmetall

14 Aluminium verwendet ist, bilden die Teile 16 und 17 des Eloxydfilmes

15 Tantaloxyd bzw. Aluminiumoxyd.

Danach wird das Material der Fig. 2b mit einem Reaktionsmittel in Berührung gebracht, welches darstellt ein Ätzmittel oder ein Auflösungsmittel für das Maskenmetall 14 und das Maskenmetalloxyd 17, in dem aber das Grundmetall 10 und die Grundmetalloxydschicht 16 im wesentlichen unlösbar sind. Wie in Fig. 2c gezeigt, wird das Maskenmetall 14 und sein Oxydfilm 17 entfernt. Der verbleibende Aufbau enthält das Grundmetall 10, das an ausgewählten Stellen den Grundmetalloxydfilm . 16 trägt und aus Flächen 18 von uneloxiertem Grundmetall, deren Abmessungen die gleichen sind wie die von dem Maskenmetall 14 abgedeckten Flächen. Ein Kriechen oder Vordringen des Grundmetalloxydes

16 unter das Maskenmetall 14 ist nicht eingetreten.

Dieses Beispiel zeigt die Herstellung von Kondensatoren, die eine Tantalkathode und eine Tantaloxydisolation haben, die aus uneloxierten Regionen, deren Abmessungen genauestens kontrolliert sind, bestehen; das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Bildung uneloxierter Linien 18 von nur einigen Hundertstel Millimeter Breite.

Wenn Tantal als Grundmetall und Aluminium als Maskenmetall verwendet werden, bildet eine schwache Lösung von Ätznatron ein zufriedenstellendes Ätzmittel, da es leicht Aluminium und Aluminiumoxyd auflöst, jedoch Tantal und Tantaloxyd nicht angreift. Die Kombination von Masken und Grundmetall,

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die entsprechend der Erfindung verwendbar sind, ist erweiterbar, wenn das Entfernen des Maskenmetalles und seines Oxydes anstatt durch elektrolytisches durch chemisches Ätzen erfolgt.

Zusätzlich zu Tantal und Aluminium können andere Kombinationen entsprechend der Erfindung verwendet werden. Ist z. B. das herzustellende Produkt ein Aluminium-Aluniiniumoxydfolien-Kondensator kann als Maskenmetall Titan verwendet werden. Die Titanmaske und seine eloxierte Oberfläche ist entfernbar durch Ätzen mit einer warmen 5D %igen Schwefelsäure.

Andere Kombinationen von Grundmetallen, Maskenmetallen und Ätzmetallen, welche das Maskenmetall und sein Oxyd auflösen, sind folgende:

Grundmetall Niob
Wolfram
Zirkonium Aluminium

Maskenmetalle

Wismuth Aluminium Aluminium Wismuth

Lösungen Salpetersäure Ätzkali

schwaches Amoniak Salpetersäure

Beispiel 1

Aluminium wird durch eine Schablone aufgedampft und schlägt auf der Oberfläche einer Tantalfolie auf in der Form von einander beabstandeten Streifen oder Linien, die eine Breite von ungefähr 5 Hundertstel Millimeter haben und eine Dicke von ungefähr 5000 Ä\

Die mit Aluminium maskierte Tantalfolie wird dann eloxiert, wodurch ein Tantaloxyd und Aluminiumoxydfilm, auf der Oberfläche entsteht.

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Die Zusammensetzung des Eloxierbades und die Zustände unter denen die Eloxierschritte durchführbar sind, sind folgendef

Badzusammensetzung! 5 % Borsäure, 10 %iges Natriumtetraborat

Temperatur« 25 ° C

Zeit! Etwa eine Stunde

Eloxierspannung: 60 Volt

Stromdichtet 1 Milliampere/cm (bis die Formierungsspannung erreicht ist)
Dicke des Eloxydfilmest Etwa 15 Ül

Die eloxierte Folie wird dann 2 Minuten lang in eine Ätznatronlösung von 10 %iger Konzentration getaucht, um das während des Eloxierschrittee erzeugte Aluminiumoxyd und die darunter liegende Aluminiumschicht zu entfernen. Die dabei entstehenden uneloxierten Streifen oder Linien auf der Oberfläche der Tantalfolie haben eine Breite von 5 Hundertstel Millimeter.

Beispiel 2

Die Methode des Beispiels 1 wird wiederholt ausschließlich dem Ätzen, das elektrolytisch vorgenommen wurde. Die maskierte und eloxierte Folie wird in eine 10 %ige NaoH-Lösung eingetaucht, die zehn Mal verdünnt ist und zwei Volt werden 1 bis 2 Minuten lang dem System auferlegt. Als Eloxierbad ist irgendein Standardbad wie Glaubersalz, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Zitronensäure verwendbar. Auch die Formierungsspannung und die Stromdichte in den Eloxierverfahren ist innerhalb weiter Grenzen variierbar. Die Formierungsspannung kann hundert Volt betragen und die Stromdichte kann von einem Mikroampere/cm bis zu ein bis zwei Milliampere/cm variieren. Bei Verwendung eines Systems aus Tantalgrundmetall und einer Aluminiummaske kann die Ätznatronlösung eine Konzentration von ungefähr 10 bis 15 % aufweisen. Andere Ätzmittel die

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BAD

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fähig sind, Aluminium und Aluminiumoxyd aufzulösen und vorzugsweise Tantal und Tantaloxyd einschließen, sind z.B. 10 %iges Natriumkarbonat und 10 %iges Amoniak.

Obwohl das Verfahren in Verbindung mit-der Herstellung eines Kondensators beschrieben ist, bei dem sehr dünne uneloxierte Linien auf der Anode hergestellt werden, kann das erfindungsgemäße Verfahren auch auf andern Gebieten vorteilhaft angewendet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat besondere Bedeutung auf dem Dünnfilmsektor. So wurde z. B. das erfindungsgemäße Verfahren vor- . teilhaft bei der Herstellung von Tunneldioden und von Dünnfilmtransistoren verwendet.

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Claims (5)

Docket 14 045 25. Juni 1964 ki-en Patentansprüche

1.) Verfahren zum Eloxieren von Metalloberflächen entsprechend einem gewünschten Muster, dadurch gekennzeichnet, daß entsprechend dem gewünschten Muster ein Maskenmetall auf die nicht zu eloxierenden Teile der zu eloxierenden Oberfläche aufgedampft wird, anschließend in einem Bad das Eloxieren erfolgt und dann die gesamte Oberfläche in ein Ätzmittel getaucht wird, das das Maskenmetall und sein beim Eloxieren gebildeten Oxyd auflöst, jedoch das Grundmetall und sein Oxyd nicht angreift.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Grundmetall Tantal und als Maskennaäall Aluminium verwendet werden.

3.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennächnet, daß als GrundmetaU Aluminium verwendet wird.

4.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein chemisches Ätzen vorgenommen wird.·

5.) Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrolytisches Ätzen vorgenommen wird.

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AO

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