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Verfahren zum Herstellen von die pn-übergänge in Halbleiteranordnungen
schützenden Überzügen aus S'ilikonharz Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum
Herstellen von die pn-übergänge in Halbleiteranordnungen schützenden überzügen aus
Silikonharz.
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Es wurde bereits frühzeitig erkannt, daß es wünschenswert oder gegebenenfalls
sogar notwendig ist, die pn-Übergänge bei Halbleiteranordnungen in irgendeiner Form
zu schützen. Für diesen Zweckwerden die verschiedensten überzugsmaterialien verwendet;
dabei hat sich herausgestellt, daß sich Silikone am besten eignen. Die zur Zeit
gebräuchlichsten Silikonprodukte stehen entweder in Form von Silikonlacken oder
in Form von festen Silikonharzen zur Verfügung. Beide Silikonprodukte eignen sich
zum Schutz von pn-übergängen gleich gut, jedoch hat jedes Produkt auch bestimmte
Nachteile.
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Bei Verwendung von flüssigen Lacken hat man es zum Beispiel mit zähen
klebrigen Substanzen zu tun, die schwer zu bearbeiten sind. Zudem hängt das Ergebnis
der Arbeiten sehr stark von der Sorgfalt der Arbeitskraft ab, die wiederum angelernt
und genügend gut ausgebildet werden muß. Auch hinsichtlich des herzustellenden Halbleiterbauelementes
selbst treten Schwierigkeiten bei der Verwendung von Lack auf. Wenn dieser an andere
Stellen als die pn-Übergänge, für die er vorgesehen ist, gelangt, können dadurch
die folgenden Verfahrensschritte beeinträchtigt und entsprechender Ausschuß bei
den Endprodukten verursacht werden. Insbesondere trifft das beim Herstellen eines
gasdichten Abschlusses zu. Wie häufig derartige Schwierigkeiten auftreten können,
wird durch den Hinweis deutlich, daß zum Einbringen des Lackes in den schmalen Behälter,
der gewöhnlich als Gehäuse von glasumhüllten Halbleiteranordnungen verwendet wird,
eine Injektionsnadel verwendet werden muß. Dabei gelangt oft an der Nadelöffnung
hängendes Harz an den Glasbehälter und beeinträchtigt den nachträglichen Verschluß
des Gehäuses.
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Andererseits stellen auch feste Silikonharze keine Ideallösung dar.
Diese sind meist sehr spröde und können bei Zimmertemperatur nicht bearbeitet werden,
ohne zu brechen. Diese Schwierigkeiten können umgangen werden, wenn bei erhöhten
Temperaturen Pillen hergestellt werden, die anschließend abkühlen. Nach der .Kühlung
kann eine solche feste Pille auf jeden Halbleiterkörper aufgebracht werden.
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Wenn dann jedoch anschließend die Temperatur der Anordnung erhöht
wird, fließt die Pille nicht richtig über die Übergangsfläche. Um den gewünschten
Abdeckungseffekt zu erreichen, ist es daher notwendig, als erstes die Pille in die
Nähe der zu bedeckenden Stelle zu bringen und dann ein Lösungsmittel zuzufügen,
um eine Ausbreitung des Sihconüberzuges zu ermöglichen. Dabei kann ebenfalls das
Verschließen beeinträchtigt werden, wenn die Lösung bewirkt, daß Siliconharz an
die Stellen gelangt, bei denen der Verschluß vorgenommen wird. Zusammenfassend kann
gesagt werden, daß die vorbereitenden Arbeiten, die Schwierigkeiten bei der Handhabung
von sprödem Material, die Notwendigkeit, Lösungsmittel in einem Raum beschränkter
Abmessungen zuzusetzen, sowie die Gefahr, schlechte Abschlüsse zu erhalten, erkennen
lassen, daß die Verwendung von festen Siliconharzen zum Herstellen von Schutzschichten
keine Ideallösung für dieses Problem darstellt.
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Nach der Erfindung werden die Nachteile der bekannten Verfahren zum
Herstellen von die pnübergänge in Halbleiteranordnungen schützenden überzügen aus
Silikonharz dadurch vermieden, daß das Silikonharz mit einem bei Zimmertemperatur
festen Lösungsmittel vermischt, auf die Halbleiteranordnung in der Nähe det pn-Übergänge
aufgebracht und die Anordnung derart erhitzt wird, daß die Mischung zu fließen beginnt,
das feste Lösungsmittel verdampft und das zurückbleibende Silikonharz polymerisiert.
Es werden hierbei keine zähen und klebrigen Substanzen verwendet und keine zusätzlichen
Maßnahmen bei der Erzeugung des überzugs benötigt. Ferner werden die Schwierigkeiten
bei
der Handhabung von sprödem Überzugsmaterial und beim Einbringen
dieses Materials in schmale Gehäuse verringert. Die benötigten Materialien können
nach einer Weiterbildung der Erfindung durch Zufügen geeigneter Lösungsmittel zu
festen Siliconharzen und durch Vermischen beider Substanzen hergestellt werden.
Ferner kann ein handelsüblicher Lack modifiziert werden, indem die darin enthaltenen
Lösungsmittel teilweise oder vollständig durch Lösungsmittel, welche bei Zimmertemperatur
fest sind, ersetzt werden.
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Bei dem zuerst genannten Beispiel, nach dem Lösungsmittel einem festen
Siliconharz zugegeben werden, wird ein Material von wachsartiger Konsistenz erhalten.
Dieses Material kann dann in Plattenform gebracht werden, aus denen kleine Plättchen
geeigneter Größe bei Zimmertemperatur ausgestanzt werden können, ohne daß das Material
bricht oder andere Schwierigkeiten auftreten. Die kleinen Scheibchen können dann
leicht auf eine Anordnung aufgebracht werden, bei welcher eine Obergangszone geschützt
werden soll. Im zweiten Fall, bei Verwendung eines Lackes, werden die Lösungsmittel,
welche in diesem Lack vorhanden sind, im wesentlichen entfernt und durch bei Raumtemperatur
feste Lösungsmittel ersetzt, wodurch eine relativ dickflüssige Paste entsteht. Diese
neigt nicht dazu, arr. Ende der dieses silikonhaltige Material enthaltenden Vorrichtung
zum Aufbringen des Materials Tropfen zu bilden.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand einiger Beispiele und der
Zeichnung näher erläutert.
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F i g. 1 stellt einen Querschnitt durch eine Halbleiterdiode dar,
die die Lage, eines Überzugsplättchens im Verhältnis zu der zu schützenden übergangsstelle
zeigt; F i g. 2 ist ein ähnlicher Querschnitt und zeigt die Anordnung des schützenden
Überzugs nach der Verteilung des Übergangsmaterials; F i g. 3 ist eine perspektivische
Ansicht eines überzugsplättchens.
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Die in F i g. 1 dargestellte Halbleiterdiode befindet sich in dem
Herstellungsstadium, bei dem ein Gehäuse, z. B. in Form eines Glasröhrchens 12,
mit einem Zuführungsdraht 14 dicht verbunden ist. Der Zuführungsdraht
1.4 kann mit dem Röhrchen 12 auf irgendeine bekannte Art verbunden
werden. Der Zuführungsdraht kann zum Beispiel bei 15 aus einem Teil bestehen, der
die Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem eigentlichen Draht und dem Glasgehäuse
ausgleicht. Ferner kann ein aus zwei Teilen bestehender Draht in ähnlicher Weise
verwendet werden.
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Auf dem Ende des Drahtes 14 wird innerhalb des Glasröhrchens
12 mittels eines Kügelchens aus Lötmaterial 16 das aktive Element
18 befestigt. Das aktive Element 18 ist ein Halbleiterplättchen, welches
aus Germanium, Silizium oder anderem Halbleitermaterial besteht. Es kann zum Beispiel
in der in der Zeichnung dargestellten Weise aus drei Zonen unterschiedlicher Leitfähigkeit
bestehen: einer dünnen n+-Zone, die mit dem Lötmaterial 16 verbunden ist,
einer Basiszone aus n-Material in der Mitte und einer p-Zone auf der oberen Oberfläche.
Schließlich kann ein Punktkontaktdraht mit der p-leitenden oberen Oberfläche in
Berührung gebracht werden. Diese Maßnahme ist jedoch für die Erfindung ohne Bedeutung
und sei daher nur der Vollständigkeit halber kurz erwähnt. Ein Plättchen
20 aus dem überzugsmaterial ist oberhalb des Halbleiterelementes
18 zu sehen. Die Abmessungen des Plättchens werden zweckmäßig so gewählt,
daß es in das Röhrchen 12 eingeführt werden kann; ohne daß dabei die Gefahr besteht,
daß es zwischen das Element 18 und die Röhrchenwände fällt.
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Das Plättchen 20, welches in F i g. 3 ohne die übrige Anordnung
dargestellt ist, besteht aus einem festen Silikonharz. Derartige Harze sind käuflich
zu erhalten. Normalerweise sind diese festen Harze spröde und können bei Zimmertemperatur
nicht bearbeitet werden, da sie leicht brechen. Man kann jedoch Plättchen herstellen,
wenn 2 bis 6 Gewichtsteile von 1, 2, 4, 5-Tetramethylbenzol zu 1 bis 4 Gewichtsteilen
des geflannten festen Harzes zugegeben werden. Die Mischung wird bei einer Temperatur,
bei welcher das Harz flüssig zu werden beginnt, hergestellt. Dies tritt bei etwa
100° C ein. Die Lösung wird dann auf Zimmertemperatur abgekühlt, und zwar in einer
Form, mit der folienförmiges Material wachsartiger Konsistenz erhalten wird. Daraus
werden die Plättchen ausgestanzt. Die Plättchen sind weder klebrig noch schmierig
und können leicht in das in F i g. 1 dargestellte Glasröhrchen eingeführt werden.
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Nach Einführung des Plättchens wird die Anordnung für mehrere Stunden
auf eine Temperatur von etwa 250° C gebracht. Während dieser Behandlung schmilzt
das feste Lösungsmittel und führt das Silikonharz über die Teile mit den Übergängen,
wie es in F i g. 2 dargestellt ist. Der Überzug ist dort mit dem Bezugszeichen 21
versehen. Während des Erwärmungsprozesses wird das Lösungsmittel ausgetrieben und
das Harz polymerisiert. Es wird dabei ein verhältnismäßig dichter Überzug über den
Übergängen erhalten, der eine Stabilisierung der elektrischen Eigenschaften der
Anordnung ermöglicht.
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Wie oben bereits ausgeführt wurde, ist es nach der Erfindung auch
möglich, Silikonlacke anzuwenden. Es ist zum Beispiel ein Silikonlack erhältlich,
bei dem ein festes Silikonharz in Xylol gelöst ist. Um den Lack in eine Paste überzuführen,
welche fest sein muß, wird das Xylol weitestgehend ersetzt. Bei dem zuvor beschriebenen
Fall entstand ein Wachs und in letzterem Fall ein Material mit einer Konsistenz,
die nahezu der des bereits beschriebenen wachsartigen Materials entspricht. Das
Xylol wird durch Erwärmen des Lackes im Vakuum bei etwa 60° C entfernt. Ähnlich,
wie bereits oben beschrieben, wird dann das Xylol durch Zugabe von bei Zimmertemperatur
festem Lösungsmittel ersetzt. Es kann zum Beispiel das oben beschriebene 1, 2, 4,
5-Tetramethylbenzol verwendet werden. Auch andere Lösungsmittel, z. B. einige Trimethylbenzole,
verschiedene chlorierte Benzolderivate, ringförmige Kohlenwasserstoffe mit zwei
oder mehr Benzolringen und andere bei Zimmertemperatur feste Lösungsmittel sind
geeignet. Unter bei Zimmertemperatur festen Lösungsmitteln sollen allgemein solche
verstanden werden, die bei Zimmertemperatur fest sind und keinen freien Sauerstoff
enthalten, um Reaktionen zu vermeiden, die zu einer Polymerisation oder Kettenbildung
führen. Um möglichst gute Ergebnisse zu erhalten, ist es weiterhin erforderlich,
daß das Lösungsmittel einen Dampfdruck von mindestens 20 mm Hg oder mehr bei 200°
C besitzt, damit es während eines möglichst frühen Stadiums bei der
Temperaturbehandlung,
nachdem das Harz über den zu schützenden Übergang geflossen ist, verdampft.