DE1235435B - Microminiaturized electronic trigger circuit arrangement - Google Patents
Microminiaturized electronic trigger circuit arrangementInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
Int. Cl.:Int. Cl .:
HOllHell
Deutsche Kl.: 21g-11/02 German class: 21g-11/02
Nummer: 1235 435Number: 1235 435
Aktenzeichen: S 70813 VIII c/21;File number: S 70813 VIII c / 21;
Anmeldetag: 10. Oktober 1960 Filing date: October 10, 1960
Auslegetag: 2. März 1967Open date: March 2, 1967
Die Erfindung betrifft eine mikrominiaturisierte elektronische Kippschaltungsanordnung, die aus zwei schaltungsmäßig gleich aufgebauten Funktionselementen besteht. The invention relates to a microminiaturized electronic flip-flop circuit arrangement which consists of consists of two circuit-wise identical functional elements.
Mikrominiaturisierte elektronische Schaltungen sind bekannt. Dabei werden in einem Halbleitergrundkörper z.B. durch mehrere aufeinanderfolgende Diffusionsprozesse Bauelemente erzeugt. Da die Bauelemente im Halbleiterkörper unter sich durch das Material des Halbleitergrundkörpers verbunden sind, müssen Maßnahmen getroffen werden, um eine elektrische Isolation der einzelnen Bauelemente gegeneinander herbeizuführen. Dies ist insbesondere für eine Kippschaltung mit Transistoren wesentlich, da infolge des Kippvorgangs die Potentiale an den Kollektoren dauernd unterschiedlich sind und sich dauernd ändern. Derartige Anordnungen weisen also den Nachteil auf, daß im allgemeinen technologisch aufwendige Prozesse für die Herstellung der erforderlichen elektrischen Isolation notwendig werden.Microminiaturized electronic circuits are known. In this case, in a semiconductor base body E.g. components produced by several successive diffusion processes. There the components in the semiconductor body are interconnected by the material of the semiconductor base body measures must be taken to electrically isolate the individual components bring about against each other. This is especially true for a multivibrator with transistors essential, since the potentials at the collectors are constantly different due to the tilting process are and are constantly changing. Such arrangements have the disadvantage that in general Technologically complex processes for the production of the necessary electrical insulation become necessary.
Es sind weiterhin mikrominiaturisierte Schaltungen bekannt, bei denen die Schaltelemente auf einem Träger aus isolierenden Material aufgebracht sind. Der isolierende Träger wirkt dabei jedoch lediglich als mechanische Stütze für die Bauelemente. Der Träger ist dabei für die Funktionsweise der Bauelemente nicht wesentlich. Zur Realisierung von Schaltungen werden die Trägerplatten von mehreren für die Schaltung erforderlichen Bauelementen zu einem Gesamtaufbau zusammengeschaltet, wobei die Bauelemente in klassischer Weise elektrisch miteinander verbunden werden.There are also microminiaturized circuits known in which the switching elements on a Carriers made of insulating material are applied. However, the insulating carrier is only effective as a mechanical support for the components. The carrier is responsible for the functioning of the components not essential. To implement circuits, the carrier plates are made up of several Components required for the circuit are interconnected to form an overall structure, the Components are electrically connected to one another in the classic way.
Demgegenüber betrifft die Erfindung eine mikrominiaturisierte elektronische Kippschaltungsanordnung, die aus zwei schaltungsmäßig gleich aufgebauten Funktionselementen, d. h. aus je einer halben Kippstufe besteht, mit dem Kennzeichen, daß die beiden integrierten Funktionselemente auf je einem Halbleitergrandkörper, der die aktiven und passiven Schaltungselemente enthält, in an sich bekannter Weise aufgebaut sind, wobei aber die halbe Kippstufe auf einer trapezförmigen Halbleitergrundplatte so angeordnet ist, daß sie sich beim Zusammenbau zu einem Rechteck ergänzen, und daß der die Kapazität des Kopplungsgliedes bildende pn-übergang auf der breiten Trapezseite im Halbleitergrundkörper großflächig ausgebildet und der Widerstand des Kopplungsgliedes durch einen sich an die schematische Trapezseite anschließenden Teil gebildet wird.In contrast, the invention relates to a microminiaturized electronic flip-flop circuit arrangement, the two functional elements that are constructed identically in terms of circuitry, d. H. from each half There is a flip-flop, with the indicator that the two integrated functional elements each on one Semiconductor bulk body, which contains the active and passive circuit elements, in a per se known Way are constructed, but with half the flip-flop on a trapezoidal semiconductor base plate is arranged so that they complement each other when assembled to form a rectangle, and that the capacity of the coupling member forming the pn junction on the wide trapezoidal side in the semiconductor base body formed over a large area and the resistance of the coupling member by one to the schematic Trapezoidal side adjoining part is formed.
Eine nähere Erläuterung der Erfindung wird an Mikrominiaturisierte elektronische
KippschaltungsanordnungA more detailed explanation of the invention is given to micro-miniaturized electronic
Flip-flop circuit arrangement
Anmelder:Applicant:
Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, München 2, Wittelsbacherplatz 2Siemens Aktiengesellschaft, Berlin and Munich, Munich 2, Wittelsbacherplatz 2
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Dr. Heinz Dorendorf, München;Dr. Heinz Dorendorf, Munich;
Dr. Wolfgang Müller, VaterstettenDr. Wolfgang Müller, Vaterstetten
Hand der im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele gegeben. Hand given the embodiments described below.
F i g. 1 zeigt die Schaltung einer frei schwingenden Kippschaltung, bestehend aus zwei Transistoren £*, B', K' bzw. E", B", K", zwei Arbeitswiderständen .R1' bzw. R1" und den frequenzbestimmenden Kopplungselementen R2, C bzw. R2", C". Die Schaltung ist durch eine gestrichelte Linie in zwei gleiche Teile geteilt. Jeder Teil wird von einem Halbleiter-Funktionselement dargestellt, von denen eines inF i g. 1 shows the circuit of a freely oscillating multivibrator, consisting of two transistors £ *, B ', K' or E ", B", K ", two load resistors .R 1 'or R 1 " and the frequency-determining coupling elements R 2 , C and R 2 ", C", respectively. The circuit is divided into two equal parts by a dashed line. Each part is represented by a semiconductor functional element, one of which is shown in
F i g. 2 im Schnitt dargestellt ist;F i g. 2 is shown in section;
F i g. 3 stellt zwei solche Halbleiter-Funktionselemente in Draufsicht dar.F i g. 3 shows two such semiconductor functional elements in plan view.
Es ist ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß wenigstens eines der im Kollektor- bzw. im Basisstromkreis eines Transistors angeordneten passiven Schaltelemente nicht im gleichen Halbleiter-Eunktionselement enthalten ist.It is a further feature of the present invention that at least one of the collectors in the collector or Passive switching elements arranged in the base circuit of a transistor are not in the same semiconductor function element is included.
Die Arbeitsweise der in F i g. 1 dargestellten Schaltung ist bekannt, so daß sich eine nähere Erläuterung erübrigt.The operation of the in F i g. 1 is known, so that a more detailed explanation unnecessary.
Das in F i g. 2 dargestellte Halbleiter-Funktionselement besteht aus einem Halbleiterkörper 1, z. B. aus η-leitendem Silizium, der auf seiner Unterseite mit drei Ohmschen Kontakten K, F und A versehen ist. Der Widerstand des Halbleiterkörpers zwischen F und K ergibt den Arbeitswiderstand JR1 . Der Widerstand R2 des Kopplungsgliedes wird in analoger Weise durch den Widerstand des zwischen F und A liegenden Halbleiterkörpers gebildet. Gegenüber dem großflächigen Ohmschen Anschluß K liegt auf der oberen Seite des Halbleiterkörpers die Mesastruktur des Transistors mit der Emitterelektrode E, die als kleine Scheibe ausgebildet ist, und der ringförmigen Basiselektrode B. Die z. B. p-leitende Schicht 5 bildetThe in Fig. 2 shown semiconductor functional element consists of a semiconductor body 1, for. B. made of η-conductive silicon, which is provided with three ohmic contacts K, F and A on its underside. The resistance of the semiconductor body between F and K results in the working resistance JR 1 . The resistance R 2 of the coupling member is formed in an analogous manner by the resistance of the semiconductor body lying between F and A. Opposite the large ohmic connection K is on the upper side of the semiconductor body, the mesa structure of the transistor with the emitter electrode E, which is designed as a small disk, and the ring-shaped base electrode B. The z. B. p-type layer 5 forms
709 517/385709 517/385
die Basisschicht eines Transistors, dessen Kollektorpn-Übergang mit 2 bezeichnet ist. Die ebenfalls p-dotierte Zone 4 bildet mit dem Halbleiterkörper 1 den pn-übergang 2. Bekanntlich hat ein pn-übergang eine bestimmte Kapazität, so daß durch den pn-Übergang 2 eine kapazitive Verbindung zwischen den Anschlüssen K und A hergestellt werden kann, wenn man, wie dies in F i g. 3 dargestellt ist, eine leitende Verbindung zwischen der den pn-übergang 2 auf der Oberseite des Halbleiterkörpers kontaktierenden Ohmschen Elektrode C und dem Ohmschen Anschluß A schafft. Durch diese leitende Verbindung wird erreicht, daß der pn-übergang 2 immer in Sperrrichtung liegt.the base layer of a transistor whose collector pn junction is denoted by 2. The likewise p-doped zone 4 forms with the semiconductor body 1 the pn junction 2. It is known that a pn junction has a certain capacitance, so that a capacitive connection between the terminals K and A can be established through the pn junction 2 if one, as shown in FIG. 3, creates a conductive connection between the ohmic electrode C contacting the pn junction 2 on the top of the semiconductor body and the ohmic terminal A. This conductive connection ensures that the pn junction 2 is always in the reverse direction.
Gemäß einer besonders günstigen Weiterbildung der Erfindung bildet die mit K bezeichnete, auf der Unterseite des Halbleiterkörpers 1 angebrachte Ohmsche Elektrode gleichzeitig den Kollektoranschluß und den Anschluß für die Kapazität des Kopplungsgliedes. Dieses in F i g. 2 im Schnitt dargestellte Halbleiter-Funktionselement erfüllt somit die Schaltfunktion der halben in Fig. 1 dargestellten Kippschaltung.According to a particularly favorable further development of the invention, the ohmic electrode, labeled K and attached to the underside of the semiconductor body 1, simultaneously forms the collector connection and the connection for the capacitance of the coupling element. This in FIG. 2 semiconductor functional element shown in section thus fulfills the switching function of half the trigger circuit shown in FIG.
Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung sind die einzelnen Halbleiter-Funktionselemente trapezförmig aufgebaut und ergänzen sich, wie dies in F i g. 3 dargestellt ist, bei mechanischem Zusammenbau, der z. B. durch Aufkleben auf eine Keramikscheibe mittels Silikonlack vorgenommen wird, zu einem Rechteck. Die trapezförmige Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, da der die Kopplungskapazität bildende pn-übergang 3 großflächig ausgebildet werden kann und man auch bei relativ geringem Abstand von F und A hohe Widerstandswerte für R2 erhält. Durch Verbinden der Emitterelektrode E' des einen Transistors mit der Emitterelektrode E" des anderen sowie der Basiselektrode B' mit dem Ohmschen Kontakt ,4" und der Basiselektrode B" mit dem Ohmschen Kontakt A' erhält man einen Festkörperschaltkreis, der die Schaltfunktion des in Fig. 1 dargestellten Multivibrators erfüllt.According to a further feature of the present invention, the individual semiconductor functional elements have a trapezoidal structure and complement one another, as shown in FIG. 3 is shown, with mechanical assembly, the z. B. is made by gluing on a ceramic disc using silicone varnish, to form a rectangle. The trapezoidal embodiment is particularly advantageous since the pn junction 3 forming the coupling capacitance can be designed over a large area and high resistance values for R 2 are obtained even with a relatively small distance between F and A. By connecting the emitter electrode E ' of one transistor to the emitter electrode E "of the other and the base electrode B' to the ohmic contact, 4" and the base electrode B " to the ohmic contact A ' , a solid-state circuit is obtained which has the switching function of the circuit shown in FIG 1 shown multivibrator fulfilled.
Die Keramikscheibe, auf die die beiden Halbleiter-Funktionselemente aufgeklebt sind, weist an ihrem Rand Nuten auf, in die metallische Stifte eingelötet und nach unten weggeführt sind. Die Stifte sind jeweils mit der Emitterelektrode E" (Anschluß G), der Ohmschen Elektrode F' (Anschluß F) und der Kollektorelektrode K" (Anschluß A) verbunden. Das ganze System ist dann mit Kunstharz vergossen. Die so hergestellte Schaltung weist beim Ausführungsbeispiel einen Durchmesser von 20 mm und eine Höhe von 4 mm auf. Diese Abmessungen können jedoch durch einen besseren Einbau noch weiter verkleinert werden. Die frei schwingende Kippschaltung gibt eine. Wechselspannung von etwa 100 kHz und 5 bis 10 V ab.The ceramic disk to which the two semiconductor functional elements are glued has grooves on its edge into which metallic pins are soldered and led away downwards. The pins are connected to the emitter electrode E " (terminal G), the ohmic electrode F ' (terminal F) and the collector electrode K" (terminal A) , respectively. The whole system is then encapsulated with synthetic resin. In the exemplary embodiment, the circuit produced in this way has a diameter of 20 mm and a height of 4 mm. However, these dimensions can be further reduced by better installation. The free-swinging toggle switch gives one. AC voltage of about 100 kHz and 5 to 10 V.
In F i g. 4 ist eine andere Ausführungsform der Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, bei der die Drahtverbindung zwischen den Elektroden C und A' bzw. C" und A" durch einen einlegierten Metallstreif en 7 bzw. 8, der z. B. aus Alur minium besteht, ersetzt ist. Unter diesem Metallstreifen befindet sich eine dünne, z. B. p-leitende Schicht,, die mit dem Halbleiterkörper 1 einen pn-übergang bildet. Der in F i g. 2 dargestellte pn-übergang 3 setzt sich also bei der vorliegenden Ausführungsform unter den Metallstreifen bis zu dem im vorliegenden Ausführungsbeispiel um den Halbleiterkörper ringförmig In Fig. 4 another embodiment of the circuit according to the present invention is shown, in which the wire connection between the electrodes C and A ' or C " and A" by an alloyed metal strip 7 or 8, which z. B. consists of aluminum minium is replaced. Under this metal strip is a thin, z. B. p-conductive layer, which forms a pn junction with the semiconductor body 1. The in F i g. In the present embodiment, the pn junction 3 shown in FIG. 2 is thus positioned in the form of a ring under the metal strip up to that in the present embodiment around the semiconductor body
herumgezogenen Ohmschen Kontakt^' bzw. A" fort und ist ebenfalls immer in Sperrichtung vorgespannt.pulled around ohmic contact ^ 'or A " and is also always biased in the reverse direction.
Im folgenden soll nun ein besonders günstiges Herstellungsverfahren für die Halbleiter-Funktionselemente beschrieben werden. A particularly favorable production method for the semiconductor functional elements will now be described below.
Der Halbleiterkörper 1 besteht z. B. aus n-leitendem Silizium von 20 Ohm · cm und weist eine Länge von 12 mm bei einer Breite von 1 bis 5 mm auf. Die Dicke des Halbleiterkörpers beträgt etwa 0,3 mm. Durch Diffusion wird eine oberflächige p-Schicht erzeugt, die auf einer Seite des Halbleiterkörpers (Unterseite) wieder entfernt wird. Nun werden auf dieser Seite nach dem Preßpulververfahren die drei Ohmschen Kontakte K, F und A als Gold-Antimon-Streifen anlegiert. Beim Preßpulververfahren werden die Elektroden in Form dünner Scheibchen auf den Halbleiterkörper aufgebracht und in einer Form, in die nach Einbringen des Systems eine Graphitpille eingepreßt wird, im Ofen so hoch erhitzt, daß sie mit dem Halbleiterkörper legieren.The semiconductor body 1 consists, for. B. made of n-conductive silicon of 20 ohm · cm and has a length of 12 mm and a width of 1 to 5 mm. The thickness of the semiconductor body is approximately 0.3 mm. A superficial p-layer is generated by diffusion, which is removed again on one side of the semiconductor body (underside). Now the three ohmic contacts K, F and A are alloyed as gold-antimony strips on this side using the pressed powder process. In the powder molding process, the electrodes are applied to the semiconductor body in the form of thin slices and heated in a furnace in a form into which a graphite pill is pressed after the system has been introduced so that they alloy with the semiconductor body.
Nach diesem Verfahren werden auch auf der gegenüberliegenden Seite des Halbleiterkörpers die Ohmschen Kontakte und der Emitter-pn-Übergang hergestellt. Die Emitterelektrode besteht dabei z. B. aus Gold-Antimon, das η-dotierend wirkt und beim Einlegieren in die p-dotierte Zone eine n-dotierte Emitterzone erzeugt. Der Basisring und der Ohmsche Kontakt C bestehen z. B. aus Aluminium. Nach Anbringen der Emitterelektrode und der Ohmschen Kontakte werden die Oberseite des Transistors und die Ohmsche Elektrode C mit Picein abgedeckt. Die nicht abgedeckten Teile der Diffusionsschicht werden abgeätzt, wodurch der die pn-Übergänge 2 und 3 trennende Einschnitt entsteht und die Diffusionsschicht von den unabgedeckten Teilen der Oberseite und von den Seitenflächen des Halbleiterkörpers 1 wieder entfernt wird. Nach dem Entfernen dieser Teile werden die Piceintropfen wieder abgelöst. Die benötigten Verbindungen werden vorteilhafterweise mittels Golddraht, z.B. durch Thermokompression hergestellt, indem bei erhöhter Temperatur der Kontaktierungsdraht mittels eines in einer Schneide auslaufenden Stempels gegen die Kontaktierungsstelle gedrückt und der Kontaktierungsdraht so mit den Elektroden verbunden wird.Using this method, the ohmic contacts and the emitter-pn junction are also produced on the opposite side of the semiconductor body. The emitter electrode consists z. B. made of gold-antimony, which has an η-doping effect and generates an n-doped emitter zone when alloyed into the p-doped zone. The base ring and the ohmic contact C consist, for. B. made of aluminum. After attaching the emitter electrode and the ohmic contacts, the top of the transistor and the ohmic electrode C are covered with Picein. The uncovered parts of the diffusion layer are etched away, whereby the incision separating the pn junctions 2 and 3 is created and the diffusion layer is removed again from the uncovered parts of the top and from the side surfaces of the semiconductor body 1. After removing these parts, the Picein drops are detached again. The required connections are advantageously made by means of gold wire, for example by thermocompression, by pressing the contacting wire against the contacting point at an elevated temperature by means of a stamp running out in a cutting edge and thus connecting the contacting wire to the electrodes.
Zum Herstellen einer Schaltung gemäß Fig. 4 werden auf der Oberseite vor dem Abätzen, aber nach der Bildung der dünnen Diffusionsschicht die z. B. aus Aluminium bestehenden Metallstreifen 7 bzw. 8 mit dem Halbleiterkörper nach dem Preßpulververfahren legiert und dadurch die beim Ausführungsbeispiel p-leitende Diffusionsschicht sperrfrei kontaktiert. Außerdem wird der Kontakt A' bzw. A" nicht nur auf der Unterseite aufgebracht, sondern um den ganzen Halbleiterkörper herumgeführt. Vor dem Ätzen werden dann auf der Oberseite des Halbleiterkörpers 1 auch die Metallstreifen 7 bzw. 8 abgedeckt, so daß der Halbleiterkörper zu beiden Seiten des Metallstreifens abgeätzt und damit die durch Diffusion erzeugte Schicht an diesen Stellen entfernt wird. Der Ohmsche Kontakte, der dann um den ganzen Halbleiterkörper herumgeführt ist, wird vorzugsweise nach dem Ätzen aufgebracht und einlegiert. To produce a circuit according to FIG. 4, the z. B. made of aluminum metal strips 7 or 8 alloyed with the semiconductor body by the press powder process and thereby contacted the p-conductive diffusion layer in the embodiment without blocking. In addition, the contact A ' or A "is not only applied to the underside, but is led around the entire semiconductor body. Before the etching, the metal strips 7 and 8 are then also covered on the upper side of the semiconductor body 1 , so that the semiconductor body to both Sides of the metal strip are etched away and the layer produced by diffusion is removed at these points.The ohmic contact, which is then routed around the entire semiconductor body, is preferably applied and alloyed after the etching.
Die Halbleiter-Funktionselemente werden dann gemeinsam in ein gasdichtes, mit Stromzuführungen versehenes Gehäuse, wie es z. B. zum Einbau von Halbleiteranordnungen bekannt ist, eingebaut.The semiconductor functional elements are then together in a gas-tight, with power supply provided housing, as it is, for. B. is known for the installation of semiconductor devices, installed.
Claims (7)
Deutsche Patentschrift Nr. 966 848;
Electronics, 29. April 1960, S. 95 bis 98;
Electronics, 7. August 1959, S. 110/111;
Bell Lab. Record, Bd. 36, 1958, H. 4, S. 127
is 130.Considered publications:
German Patent No. 966 848;
Electronics, April 29, 1960, pp. 95-98;
Electronics, Aug. 7, 1959, pp. 110/111;
Bell Lab. Record, Vol. 36, 1958, H. 4, p. 127
is 130.
Priority Applications (5)
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|---|---|---|---|
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| FR875247A FR1302816A (en) | 1960-10-10 | 1961-10-06 | Self-oscillating rocker circuit |
| GB3632761A GB936776A (en) | 1960-10-10 | 1961-10-10 | Improvements in or relating to semiconductor relaxation oscillator circuit arrangements |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| DE1960S0070813 DE1235435B (en) | 1960-10-10 | 1960-10-10 | Microminiaturized electronic trigger circuit arrangement |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1235435B true DE1235435B (en) | 1967-03-02 |
Family
ID=7502045
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
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| GB (1) | GB936776A (en) |
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Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| DE966848C (en) * | 1952-07-29 | 1957-08-29 | Licentia Gmbh | Process for the production of sharply delimited layers of opposite conductivity type on a finished semiconductor crystal of a certain conductivity type |
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1961
- 1961-08-11 CH CH942361A patent/CH395186A/en unknown
- 1961-10-10 GB GB3632761A patent/GB936776A/en not_active Expired
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE966848C (en) * | 1952-07-29 | 1957-08-29 | Licentia Gmbh | Process for the production of sharply delimited layers of opposite conductivity type on a finished semiconductor crystal of a certain conductivity type |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| NL269817A (en) | |
| CH395186A (en) | 1965-07-15 |
| GB936776A (en) | 1963-09-11 |
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