DE1764959A1 - Halbleiterschaltung mit Heizelementen,insbesondere zur thermischen Anzeige von Informationen - Google Patents

Halbleiterschaltung mit Heizelementen,insbesondere zur thermischen Anzeige von Informationen

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DE1764959A1 DE19681764959 DE1764959A DE1764959A1 DE 1764959 A1 DE1764959 A1 DE 1764959A1 DE 19681764959 DE19681764959 DE 19681764959 DE 1764959 A DE1764959 A DE 1764959A DE 1764959 A1 DE1764959 A1 DE 1764959A1
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Description

OR.-INQ. OIPL.-INO. M.SC. DIPL.-PHYS. DR. OIPt.-PHYS.
HÖGER - STELLRECHT - GRIESSBACH - HAECKER
PATENTANWÄLTE IN STUTTGART
A 36 755 b
b - 131J
5. 9. 1968
Texas Instruments Inc. Dallas> Texas. / USA
Halbleiterschaltung mit Heizelementen, insbesondere zur thermischen Anzeige von Informationen
Die Erfindung betrifft eine 'Halbleiterschaltungsanordnung mit in einem Muster angeordneten Heizelementen sowie
einer Steuerschaltung zur wahlweisen Beheizung ausgewählter Heizelemente, insbesondere zur thermischen Anzeige von Informationen.
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5. 9- 1968
Anordnungen dieser Art, wie sie beispielsweise durch die USA-Patentschrift 3 161 457 bekannt geworden sind, sollen hinsichtlich ihrer Herstellung und ihres thermischen Wirkungsgrads durch die Erfindung verbessert werden, und diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß mindestens ein Heizelement zusammen mit einem weiteren Halbleiterschaltungselement und einer integrierten, nach Art einer Matrix aufgebauten Halbleiter-Steuerschaltung in einem'gemeinsamen Halbleiterplättchen als integrierte Schaltung gebildet sind, und daß ein Muster metallischer Verbindungsleitungen vorgesehen ist, die ausgewählte Heizelemente mit der Steuerschaltung verbinden. Eine solche Anordnung läßt sich durch die Anwendung der Verfahren zur Herstellung integrierter Schaltungen in wenigen Verfahrensschritten einfach herstellen.
Zweckmäßigerweise sind die die Heizelemente aufnehmenden Bereiche eines Halbleiterplättchens, in dem die integrierte Schaltung gebildet ist, durch Luftspalte voneinander getrennt, und ein pnübergang wirkt als elektrische Isolation zwischen der Steuerschaltung und dem Muster der Heizelemente, da beide Baugruppen in der selben Ebene des Halbleitermaterials gebildet sind.
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5. 9. 1968
.Die Erfindung betrifft des weiteren ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, wobei die Steuerschaltung und das Muster der Heizelemente gleichzeitig in dem selben Halbleiterblättchen gebildet werden; anschließend werden die die Heizelemente aufnehmenden Halbleiterbereiche körperlich voneinander getrennt, um so eine elek- ™ trische und thermische Isolation hoher Güte herbeizuführen. Zu diesem Zweck wird das Halbleiterplättchen mit den beiden Baugruppen auf einem größeren Träger befestigt.
Das wärmeempfindliehe Material, auf dem die dynamische Anzeige erfolgt oder das dauerhaft mit einer Information bedruckt wird, steht in unmittelbarem Kontakt mit dem einkristallinen Halbleitermaterial der Heizelemente bzw. um die Heizelemente herum; bei einem Ausführungsbeispiel läßt sich das thermisch zu be- Λ druckende Aufzeichnungsmedium über die Heizelemente hinwegführen.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Ansprüchen und/oder aus der nachfolgenden Beschreibung, die der Erläuterung eines in der beiliegenden · Zeichnung dargestellten Ausführunßsbeispiels der Erfindung dient; es zeigen:
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Fig. 1 eine integrierte Halbleiteranordnung mit einem Muster von Heizelementen und einer Steuerschaltung gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine Draufsicht auf die in Fig. 1 gezeigte Halbleiteranordnung in einem Zwischenstadium während des Herstellungsverfahrens;
Fig. 3 ein Wuster metallischer Verbindungsleitungen für die Heizelemente und die zugehörige Steuerschaltung auf der Oberfläche der in Fig. 2 gezeigten Anordnung;
Fig. 4 eine Draufsicht auf ein Muster von Verbindungsleitungen zur Herstellung äußerer Anschlüsse an die Heizelemente und die zugehörige Steuerschaltung, wie sie die Fig. 1 zeigt; •und
Fig. 5 ein Schaltbild für einen Teil der Heizelemente und der zugehörigen Steuerschaltung.
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Die Fig. 1 zeigt ein Muster von 3x5 Heizelementen aus mesaförmigen Halbleiterteilen, die innerhalb eines Fensters 3 angeordnet sind; ferner ist eine Steuermatrix 4 vorgesehen und über das Ganze kann ein wärmeempfindliches Material gelegt werden, um eine dynamische Anzeige oder Wiedergabe einer j Information zu erzielen, wie dies beispielsweise in der USA-Patentschrift 3 323 24l für thermochrome Materialien beschrieben ist; es kann aber auch ein speziell vorbehandeltes, wärmeempfindliches Material auf die Heizelemente gelegt werden, um eine dauerhafte Abbildung der Information zu erzeugen, wie dies beispielsweise in einer älteren Anmeldung (aratl. Aktenzeichen T 32 144 VIIb/15d) der Anmelderin beschridoen ist.
Auf einem isolierenden Träger 1 ist ein einkristallines Silizium-HeObleiterplättchen 2 montiert; der Träger kann aus Keramik, Glas " oder Saphir oder aus einem anderen geeigneten Werkstoff sein, und der Befestigung des Halbleiterplättchens dient ein isolieren- der Klebstoff mit guten elektrischen und thermischen Isoliereigenschaften, wie dies beispielsweise bei Epoxy-Klebern der Fall ist.
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Jedes Heizelement des Musters weist einen mesaförmigen, einkristallinen Halbleiterkörper auf und enthält das eigentliche Heizelement, das an der Unterseite des Mesakörpers dem Träger 1 benachbart gebildet ist.~T/ird das Heizelement mit Energie versorgt, so entsteht auf der oberen Fläche des Mesa-™ teilchens ein heißer Punkt, der einen scharf lokalisierten Punkt auf dem wärmeempfindlichen Material erzeugt. Eine Gruppe selektiv beheizter Heizelemente bildet eine Gruppe von Punkten auf dem wärmeempfindlichen Material, so daß dort die Abbildung eines Symbols oder einer anderen Information gebildet werden kann.
Die die Heizelemente aufnehmenden Mesateilchen sind körperlich voneinander getrennt, so daß Luft„Zwischenräume sie gegeneinfc ander isolieren; der Verbindung untereinander dient ein metallisches Muster* unter den Mesateilchen, el. h. zwischen dem HaIbleiterplättchen 2 und dem Träger 1. Durch dieses Muster werden die Heizelemente in den Mesateilchen in der gewünschten Weise miteinander verschaltet. Die Steuermatrix, mit deren Hilfe ausgewählte Heizelemente mit Energie versorgt werden, liegt im Halbleiterplättchen in einem mit 4 bezeichneten Bereich. Die die Matrix aufbauenden Schaltungselemente sind einstückig in dem Kalbleiterplättchen 2 gebildet und werden durch pn-Uber-
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gänge voneinander elektrisch isoliert; ein metallisches Verbindungsmuster unter den Ilalbleiterplättchen, d. h. wiederum zwischen diesen und dem Träger 1 dient der richtigen Verschaltung dieser Schaltungselemente. Außerdem dient das metallische Verbindungsr-uster auch dazu, das Muster der Heizelemente an die Steuermatrix anzuschließen.
Das Halbleiterplättchen 2 besteht aus einem Stück und hat nur das Fenster 3, in dem die durch Luft voneinander getrennten Heizelemente angeordnet sind. Die obere Fläche des Ilalbleiterplättchens bildet daher eine gute und gleichmäßige Auflage zum Aufbringen oder Auflegen des wärmeempfindlichen Materials, mit dem das Muster der Heizelemente zusammenwirkt.
Das zwischen dem Ealbleiterplättchen 2 und dem Träger 1 angeordnete metallische Verbindungsmuster läuft in Anschlußplättchen aus, die über öffnungen 53 6 und 7 im Träger 1 liegen, so daß Anschlußleitungen von außen durch die öffnungen hindurch, d. h. von der Unterseite des Trägers 1 an die Anschlußplättchen herangeführt werden können. Diese äußeren Anschlüsse liegen also an der Unterseite des Trägers 1 und deshalb nicht in der ilähe des wärraeempfindlichen Materials, das auf den Mesateilchen angeordnet ist. Das metallische Verbindungsmuster zwischen Halb-
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leiterplättchen· 2 und Träger 1 verbindet die durch Luftzwischenräune voneinander isolierten Ilesateilchen mechanisch und elektrisch miteinander und verbindet sie elektrisch außerdem mit den Schaltungselementen der Steuermatrix; dieses Verbindungsnuster ruht in dem Epoxy-Kleber zwischen dem Halbleiterplättchen 2 und der. Tracer 1.
In jedem Mesateilchen sind ein Transistor und ein Heizwiderstand gebildet, wobei der letztere selektiv mit Energie versorg: werden kann, um so die Oberfläche des ausgewählten Mesateilchens zu erhitzen. Der zugehörige Transistor versieht eine aktive Steuerungsfunktion, dient der Verstärkung und die von ihm entwickelte Wärme unterstützt die Erhitzung der Oberfläche des Mesateilchens. Auf diese V/eise ist es nicht dringend erforderlich, die Steuersignale vorher zu verstärken, was bei den bekannten Anordnungen außerhalb des Musters der Heizelemente erfolgen mußte; bei der erfindungsgemäßen Anordnung können also die Heizelemente direkt von einer Steuerung niederer Leistung angesteuert werden.
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Die Fig, 5 zeigt die paarweise Anordnung von jeweils einem Transistor und einen Widerstand; so sind nebeneinander ein Transistor T 1*ί und ein Heizwiderstand R lH angeordnet und mit einer Steuerschaltung versehen, die bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel einen Transistor T 29 und Widerstände RC 29, RE 29 und RB 29 umfaßt. Die Schaltung ist derart, daß das eine Λ Ende des Heizwiderstandes mit dem Kollektor des ihm zugeordneten Transistors verbunden ist, während das andere Ende des Heizwiderstandes am positiven Pol VC einer Spannungsquelle liegt. Der Emitter des Transistors, beispielsweise des Transistors T I^ ist geerdet, während die Basis mit der Steuerschaltung verbunden ist. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Basis mit dem Emitter des zugehörigen Transistors der Steuerschaltung verbunden.
Werden gleichzeitig positive Impulse an einen Eingansanschluß I und einen Anschluß PG gelegt, so öffnet der Transistor T 29, so daß die Spannung an seinem Emitter positiver wird, weshalb der Translator T Ik öffnet. Der dadurch verursachte Stromfluß im Heizwiderstand Ft Ik erzeugt einen heißen Punkt auf der Oberfläche des Halbleiter-Mesateils, in dem sich der Transistor T Ik und der Heizwiderstand R 14 befinden. Der Anschluß PG ist mit
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allen Transistoren von der Art der Transistoren T 29 und T 30 verbunden, und zwar über die Widerstände RB 29 und RB 30, so daß das gleichzeitige Auftreten eines positiven Impulses am Anschluß PG und an einem ausgewählten Eingangsanschluß E 29 oder I 30 den entsprechenden Transistor T 29 oder T 30 öffnen läßt und eine Beheizung des zugehörigen, ausgewählten Heizelementes zur Folge hat.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit eineml-Iuster von 3x5 Heizelementen sind fünfzehn Halbleiter-Mesateile und damit fünfzehn Paare von Transistoren und Heizwiderständen vorhanden (T 14 - R 14, T 15 - R 15), und dazu gehören fünfzehn Treibertransistoren (T 29, T 30) sowie fünfzen Eingangsanschlüsse (I 29, I 30).
Der Aufbau des Heizelement-Musters und der Steuermatrix gemäß Fig. 1 läßt sich leichter anhand einer Schilderung des Herstellungsverfahrens verstehen.
Die Fig. 2 zeigt das einstückige, monokristalline Ha Ib 1^t er -plättchen 2, das aus p-leitendem Silizium besteht. Die Transistor· Heizwiderstands-Paare der Heizelemente weisen durch Diffusion gebildete Bereiche in der Oberfläche des Halbleiterplättchens auf und sind mit Tl-T 15 und R 1 - R 15 bezeichnet, die sämt-
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lieh innerhalb des Fensters 3 liegen. Mit 8 ist ein Mesateilstück aus Halbleitermaterial bezeichnet. Jeder Transistor, beispielsweise der Transistor T 15 v/eist eine durch Diffusion gebildete, η-leitende Kollektorzone 95 eine ebenfalls durch Diffusion gebildete, ρ-leitende Basiszone 10 und schließlich eine ebensolche η-leitende Emitterzone 11 auf.'Der Heizwiderstand R 15 besteht bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus einer durch Diffusion geschaffenen, η-leitenden Zone, die gleichzeitig mit der zugehörigen Kollektorzone im Diffusionsverfahren gebildet wurde und mit dieser einstückig ist, so daß zwischen dem einen Ende des Heizwiderstandes R 15 und der Kollektorzone 9 eine ohmsche Verbindung aus Halbleitermaterial besteht.
Die Treibertransistoren T l6 - T 30 v/eisen jeweils eine durch Diffusion gebildete, η-leitende Kollektorzone, eine ebensolche p-leitende Basiszone und eine durch Diffusion geschaffene n-leitende Emitterzone auf. Jeder Treibertransistor T 16 - T 30 ist mit einem zugehörigen Kollektorwiderstand verbunden, und diese sind mit RC 16 - RC 30 bezeichnet. Sie weisen jeweils einen,durch Diffusion gebildeten, η-leitenden Bereich auf, der gleichzeitig mit der zugehörigen Kollektorzone des Treibertransistors im Diffusionsverfahren gebildet wurde, und zwar so, daß ein Ende des Kollektorwiderstandes einstückig mit dem Kollektor des zu-
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gehörigen Treibertransistors verbunden ist. Ein Ende eines jeden Kollektorwiderstandes RC ΐβ - RC 30 ist also innerhalb des Halbleitermaterials mit dem Kollektor des zugehörigen Treibertransistors T l6 — T 30 verbunden. Die durch Diffusion gebildeten Widerstände RC 21 - RC 25 sind mit einem Ende innerhalb des Halbleitermaterials mit jeweils einem Ende der durch Diffusion gebildeten Widerstände RC 30, RC 29, RC 28, RC 27 und RC 2β verbunden. Die Basiswiderstände RB l6 - RB stellen durch Diffusion gebildete, p-leitende Zonen in der Oberfläche des Halbleiterplättchens 2 dar, und sind jeweils mit einer Basiselektrode der zugehörigen Treibertransistoren T 16 - T 30 verbunden. Bei den Emitterwiderständen RE l6 RE 30 handelt es schließlich um Diffusion gebildete, p-leitende Zonen in der Oberfläche des Halbleiterplättchens 2, die mit den Emittern der zugehörigen Treibertransistoren T 16 - T verbunden sind. Eine im Diffusionsverfahren gebildete, n-leitende Zone in der Oberfläche des Halbleiterplättchens umgibt jede der ebenfalls im Diffusionsverfahren erzeugten, p-leitenden Zonen, die die Basis- und Emitterwiderstände RB 16 - RB und RE 16 - RE 30 enthalten, um die vorteilhaften, isolierenden pn-Übergänge zwischen den Schaltungselementen im Halbleitermaterial zu erzeugen. Ferner sind hochdotierte, η-leitende Zonen TB 1 ~ TB 15 vorgesehen, die im Halbleiterplättchen 2 angeordnete, leitende "Tunnel" enthalten, um die Basiselektroden der
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Transistoren Tl-T 15 ohrnisch mit den verschiedenen Schaltungselement en der Steuerir.atrix zu verbinden. Eine weitere hochdotierte, η-leitende und in Diffusionsverfahren erzeugte Zone TVC bildet ebenfalls einen leitenden Tunnel im Halbleitermaterial. Schließlich sind drei weitere hochdotierte, n-leitende und in Diffusionsverfahren erzeugte Zonen PG in der Ober·- \ fläche des Halbleiterplättchens 2 vorgesehen, und zwar nahe den drei Uiderstandsgruppen RB l6 - RB 20 und RE 16 - RE 20, RB 21 - RB 25 und RE 21 - RE 25 sowie RE 26 - RB 30 und RE 26 RE 30. Der zwischen einen η-leitenden Tunnel und dem darunterliegenden, p-leitenden Halbleitermaterial vorgesehene pn-übergang isoliert die Tunnel untereinander und von den anderen Schalungselementen.
Die verschiedenen Transistoren, Uiderstände, Tunnel und isolie- g renden pn-übergänge werden in Halbleiterplättchen 2 mit Hilfe des üblichen planarverfahrens erzeugt, bei den thernisch ein Oxydfilm auf einen p-leitenden Siliziunplättchen erzeugt wird, das einen geeigneten spezifischen Widerstand hat. Zur Erzeugung. dieses Oxydfilmes wird das Plättchen in einen Ofen erhitzt, wo bei gleichzeitig ein Oxydationsmittel über seine Oberfläche hin weggeleitet wird. Der sich dabei ergebende Siliziundioxydfilm dient als Maske gegen Verunreinigungen, die später in das Halb leiterplättchen eindiffundiert werden. Anschließend werden im Oxydfilm an ausgewählten Stellen öffnungen erzeugt, um dort Ver-
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unreinigungen eindiffundieren zu lassen und so die Transistoren, V.riderstände u.s.f. zu bilden, überlichervieise dienen bekannte Photolithographieverfahren der Herstellung der öffnungen in Oxydfilm. Hit Hilfe derselben Verfahren v/erden Kontakte und Zv/ischenverbindungen zwischen den Schaltungselementen hergestellt, beispielsweise, in^den man in der Form eines bestimmten Musters Aluminium auf den OxydfÜbnaufdampft, und dieses metallische Muster verbindet dann die Schaltungselemente miteinander und läuft in Anschlußplättchen oder -stellen aus, an die äußere Zuleitungen angeschlossen v/erden können. Das der Verbindung dienende metallische Muster umfaßt Leiterstreifen auf dem Oxydfilm,'die sich in dessen öffnungen hineinerstrecken und so die Verbindungen zu den Schaltungselementen herstellen.
Ein solches metallisches Mieter auf einem Oxydfilm des Halblei- terplättchens 2 zeigt die Fig. 3· Eine große, leitende Fläche, die mit dem Erdungszeichen versehen ist, verbindet alle Emitter der Transistoren T 1 - T 15 ebenso miteinander, wie die einen Enden aller Emitterwiderstände RE 16 - RE 30. Die Widerstände RE 20, RE 25 und RE 30 sind in Fig. 3 dargestellt, um diejenigen Stellen anzudeuten, an denen die Massefläche mit diesen Emitterwiderständen verbunden ist. Der Leiterstreifen VC verbindet
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die einen Enden aller Widerstände R 1 - R 15 mit den einen Enden der Kollektorwiderstände RC 16 - RC 20, während ein Leiterstreifen VC die gemeinsamen Anschlußenden der Kollektorwiderstände RC 21 - RC 30 (in Fig. 2 mit VC bezeichnet) mit einem Ende des Tunnels TVC (in Fig. 2 mit VC bezeichnet) verbindet. Ein Leiterstreifen 36 verbindet die Basis des Tran- λ sistors T 15 mit einem Ende des Tunnels TB 15, und ein Leiterstreifen 37 stellt eine Verbindung zwischen dem anderen Ende des Tunnels TB 15 und dem Emitter des Transistors T 30 und dem einen Ende des Emitterwiderstandes RE 30 her. Ein Leiterstreifen 38 verbindet die Basis des Transistors T 14 mit dem einen Ende des Tunnels TB 14, und zwischen dem anderen Ende des Tunnels TB lh sowie dem Emitter des Transistors T 29 sowie dem einen Ende des Emitterwiderstandes RE 29 liegt ein Leiterstreifen 39· In gleicher Weise sind die Basiselektroden aller Transistoren T 1 - T 15 mittels der Tunnel TB 1 - TB 15 mit * den Emitterelektroden der Transistoren T l6 - T 30 sowie den Emitterwid'er ständen RE l6 - RE 30 verbunden. Die Leiter streif en 21 - 35 verbinden jeweils die Basiselektroden der Transistoren T 30, T 29, T 23, T 27, T 26, T 21, T 22, T 23, T 24, T 25, T l6 - T 20 mit den einen Enden ihrer Bäsiswiderstände. Die sich vergrößernden Teilstücke der Leiterstreifen 21 - 35 dienen später als Anscilußplättchen für äußere Zuleitungen, d. h. ins-
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besondere für Eingangsleitungen, urn ausgewählte Mzelenente mit Strom beschicken zu können. Das Anschlußplattchen des Leiterstreifens 21 (Fig. 3) entspricht dem Eingangsanschluß I in Fig. 5j und das Anschlußplättchen des Leiterstreifens 22 (Fig. 3) entspricht dem Eingangsanschluß I 29 in Fig. 5·
^ Die anderen Enden der Basiswiderstände RB l6 - RB 30 sind mit dem in Fig. 2 gezeigten Tunnel "PG verbunden, und die Enden dieser Tunnel sind ihrerseits durch den Leiterstreifen PG in Fig. miteinander verbunden. So ist beispielsweise der Basiswiderstand RB 20 mit seinem anderen Ende mit dem Tunnel PG oben in Fig. 2 mit Hilfe eines in Fig. 3 gezeigten Leiterstreifens *J1 verbunden, der Basiswiderstand RB 30 ist mit seinem anderen Ende durch den in Fig. 3 gezeigten Leiterstreifen ^O mit dem Tunnel PG verbunden, der in der Mitte der Fig. 2 dargestellt ist, und der
L· Basiswiderstand RB 26 ist schließlich mit seinem anderen Ende mittels des in Fig. 3 gezeigten Leiterstreifens PG1 mit dem in Fig. 2 unten gezeigten Tunnel PG verbunden.
¥0 ein Leiterstreifen über einen Tunnel hinweggeführt ist, also beispielsweise an der Kreuzungsstelle des Leiterstreifens VC mit den Tunneln TB 1 - TB 10, isoliert die Siliziumoxydschicht auf der Oberfläche des Halbleiterplättchens den Leiterstreifen von den leitenden Tunneln, so daß keine elektrische Zischenverbindung besteht,
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Da die Steuermatrix komplexer ist als das Muster des Heizelemente und auch mehr Schaltungselemente auf v/eist, nimnit sie einen größeren Bereich des Halbleiterplättchens ein, als dieses Heizelercent-Huster; andererseits ist das lästere nahe der Steuermatrix angeordnet, und beide werden gleichseitig hergestellt. Bei der erfindungsgeniäßen Konstruktion entfällt das λ Erfordernis einer äußeren Steuerung, und die Zahl eier Verbindungsleiter wurde gegenüber dem' Stand der Technik drastisch verringert.
Nachdem das Kalbleiterplättchen einem entsprechenden Herstellungsverfahren unterzogen worden ist und sowohl das Heiselement-Muster als auch die Steuermatrix mit dem erforderlichen Muster von Verbindungsstreifen oder -leitungen enthält, wie dies die Fig. 3 zeigt, wird die bisher oben liegende Seite des Halbleiterplättchens nach unten gewendet und auf dem größeren, isolierenden Träger 1 befestigt, insbesondere in der Art und Weise, wie sie in einer älteren Anmeldung (amtl. Aktenzeichen ... ) der Anmelderin beschrieben wird. Vorteilhaft ist die Verwendung eines ein Photowiderstandsmaterial enthaltenden Mittels, welches ■elektiv auf die Anschlußplättchen der Leiterstreifen 21 - 35, PO1 des Widerstandes RE 30 sowie der Leitungen VCG gemäß Fig. aufgebracht wird. Dann bringt man einen EpoxyrKleber auf das
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metallische Verbindungsmuster, den Siliziumoxydüberzug und das Photowiderstandsmaterial des Kalbleiterplättchens auf, der zwar an Siliziumoxyu und an dem metallischen Verbindungs-Tnuster haftet, nicht aber an der. Photov/iderstandsnaterial. Anschließend wird das Halbleiterplättchen mit seiner Oberseite ™ nach unten gewendet und auf dem Träger 1 montiert, wie dies die Fig. 1 zeigt, und zwar so, daß die Anschlußplättehen der L-eiterstreifen 31 - 35, VCG über der Öffnung 5 liegen, während die Anschlußplättchen der Leiterstreifen 26 - 30 und VC über der Öffnung 6 und die Anschlußplättchen der Leiterstreifen 21 - 25, des Widerstandes RE 30 und des Leiterstreifens PG1 über der öffnung 7 liegen. Diese Anschlußplättchen sind also durch die "Öffnungen des Trägers 1 hindurch leicht zugänglich.
fc Die Fig. 4 zeigt eine Ansicht des Trägers 1 von unten mit den öffnungen 5-7 und den durch diese hindurch sichtbaren Anschlußplättchen.
Anschließend an die vorstehend geschilderten Verfahrensschritte wird der Epoxy-Kleber gehärtet, und zu Beginn der Härtungsprozesse nimmt die Viskosität des Klebers stark ab, wie dies für derartige Kunststoffe vor der Polymeristion unter der Aushärtung bekannt ist. Durch die geringe Viskosität fließt der Epoxy-
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Kleber, der das .Photo'.viderstandsr.-.aterial kaum oder überhaupt nicht benetzt, von den mit dieser. Material überzogenen Flächen ab und sai.u.elt sich in Bereichen rund un die Photowiderstandsschichten unter Bildung von Meniskuskanten zusar.nen mit den Uänden der öffnungen 5 - 7 im Träger 1. nachdem der Epoxy-Kleber vollständig ausgehärtet ist, kann man das Photowiöer- ύ standsr.aterial in üblicher Ueise entfernen, so daß die Anschlußplättchen frei von Kleberverunreinigungen freigelegt v/erden und sich so gute elektrische Anschlüsse herstellen lassen.
Die sich nun oben befindende Fläche des Kalbleiterplättchens, von der die Heizelemente und die Schaltungselemente der Steuermatrix einen Abstand aufweisen, wird dann soweit als möglich abgearbeitet, damit das Halbleiterplättchen so dünn wie wünschenswert wird. Dies kann in einem oder in mehreren Schritten geschehen beispielsweise durch Läppen, Sandstrahlen oder Ätzen. Es muß jedoch darauf geachtet werden, daß die pn-übergänge erhalten bleiben. Da das wärmeempfindliche Aufzeichnungs- oder Widergabematerial auf die Oberfläche des Halbleiterplättchens aufgebracht oder über diese hinweggeführt wird, wird die Halbleiterplättchenoberfläche chemisch oder mechanisch poliert.
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Anschließend wird rund um jedes Trar.sistor-Iieizwider stand Paar Halbleitermaterial des Plättchens 2 entfernt, so daß bei den: Ausführungsbeispiel ein Muster von 3x5 Mesateilen aus Halbleitermaterial entsteht, dessen Mesateile durch Luftspalte voneinander getrennt sind. Zu diesem Zweck wird eine Photov/iderstandsschicht über die Oberfläche des Halbleiterplättchens 2 gelegt und anschließend mit Hilfe einer Photonaske so belichtet, daß das gewünschte Muster/entsteht. Mach dem Entwickeln und selektiven Ablösen der Photowiderstandsschicht v/erden die freigelegten Bereiche der Halbleiteroberfläche entfernt, wobei das Halbleitermaterial hinunter bis zumSiliziumoxydfilm abgeätzt wird, so daß die durch Luftspalte voneinander getrennten Halbleiter-Mesateile entstehen, wie sie die Fig. 1 zeigt.
Die Fig. 4 läßt in ihrer Draufsicht auf die Unterseite des isolierenden Trägers 1 ein metallisches Muster erkennen, das zuvor auf der Unterseite des Trägers 1 gebildet worden ist und mit den Anschlußplättchen des Halbleiterplättchens zu verbinden ist. Die Verbindungsleitungen *12 sind sowohl an die Anschlußplättchen als auch an die Leiterstreifen an der Unterseite des isolierenden Trägers 1 angeschlossen und greifen dabei durch die öffnungen 5 7 hindurch.
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Wie diese Figur an besten erkennen läßt, bilden die Anschlußplättchen der Leiterstreifen 21 - 35 zusammen mit den Leiterstreifen PGf die Eingangsanschlüsse für die Steuermatrix, um so die Heizelemente des Heizelement-Musters selektiv mit Strom beschicken zu können, wie dies zuvor anhand der Fig. 5 und für die Eingangoanschlüsse I 29, I 30 und den Anschluß PG erläu- Λ tert worden ist. Der Zuführung der Heizleistung dienen die Streifen VCG, um das Massepotential und die Kollektorspannung an die Schaltung anzulegen.
Dadurch, daß das wärmeempfindliche Material zur V/idergabe einer Information in direktem Kontakt mit dem monokristallinen Silizium der Mesateilchen steht, und daß die letzteren außerordentlich dünn ausgebildet sind, ergibt sich ein guter Wärmeübergang von den Heizelementen auf das v/ärmeempfindliche Material. Die Mesateilchen des Heizelement-Musters sind in hohem Maße elektrisch und thermisch voneinander isoliert,und gleichzeitig erreicht man bei der erfindungsgemäßen Konstruktion eine hohe Dichte an Schaltelementen für die Steuermatrix. Selbstverständlich kann jedes beliebige Muster von Heizelementen vorgeeehen sein, da das Muster von 5x3 Heizelementen nur ein Ausführungsbeispiel darstellt.
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Claims (1)

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    Patentansprüche
    1. Halbleiterschaltungsanordnung mit in einem Küster angeordneten Heizelementen sowie einer Steuerschaltung zur wahlweisen Beheizung ausgewählter Heizelemente, insbesondere zur thermischen Anzeige von Informationen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Heizelement (P.15) zusammen mit einem weiteren Halbleiterschaltungselement (T15) und einer integrierten nach Art einer Matrix aufgebauten Halbleiter-Steuerschaltung (H) in einem gemeinsamen Halbleiterplättchen (2) gebildet sind, und daß ein Muster metallischer Verbindungsleitungen vorgesehen ist, die ausgewählten Heizelemente mit der Steuerschaltung verbinden.
    ?. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (4) mittels eines pn-übergangs von dem Muster (3) der Heizelemente isoliert ist.
    ?» Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterplättchen (2) mittels eines isolierenden Klebers auf einem isolierenden Träger (1) befestigt ist, daß das Halbleiterplättchen in einem ersten Bereich mehrere,
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    körperlich voneinander getrennte und ein Muster bildende Teile aufweist, in denen dem Träger benachbart Wärme abgebende Elemente vorgesehen sind, die voneinander durch die körperliche Trennung der Halbleiterplättchen-Teile elektrisch und thermisch isoliert sind, und daß in einem zweiten vom ersten im Abstand angeordneten Bereich des Halbleiterplättchens dem Träger benachbart Schaltungselemente gebildet sind, deren Zahl mindestens der Zahl der Wärme abgebenden Elemente entspricht und die durch im Halbleitermaterial des zweiten Bereichs vorgesehene pn-Übergänge elektrisch voneinander isoliert sind.
    4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Bereich als ganzes einstückig ausgebildet ist.
    5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Träger und dem Halbleiterplättchen ein
    elektrisch leitendes Muster angeordnet ist, durch das die Wärme abgebenden Elemente mit den Schaltungselementen des zweiten Bereichs verbunden sind. t
    6. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3-5»
    dadurch gekennzeichnet, daß die vom.Träger abgekehrte Seite des Halbleiterplättchens eben ist und daß wenigstens zwei
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    zueinander parallele Seitenbereiche des rechteckigen KaIbleiterplättchens einstückig miteinander verbunden sind.
    7. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3-6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens doppelt soviel Schaltungselemente im zweiten Bereich vorgesehen sind, als das Halbleiterplattchen Wärme abgebende Elemente aufweist.
    8. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5~7, dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Muster mehrere durch Diffusion gebildete, leitende Zonen in der dem Träger zugekehrten Seite des Halbleiterplättchens aufweist, die zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich liegen.
    9. Verfahren zur Herstellung einer Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig auf einer Seite des Halbleiterplättchens in dessen ersten Bereich die V/ärme abgebenden Elemente und im zweiten Bereich die Schaltungselemente gebildet werden, und daß über diese Seite das
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    elektrisch leitende Muster gelegt wird, worauf das Halbleiterplättchen mit dieser Seite auf dem Träger befestigt wird, und daß dann an ausgewählten Stellen im ersten Bereich des Halbleiterplättchens Halbleitermaterial so entfernt wird, daß die körperlich voneinander getrennten Halbleiterteile M entstehen, von denen jedes ein Wärme abgebendes Element enthält, wobei der zweite Bereich des Halbleiterplättchens als ganzes einstückig bleibt.
    10. Verfahren nach Anspruch 9a dadurch gekennzeichnet, daß als Wärme abgebende Elemente durch Diffusion Widerstände in der einen Seite des Halbleiterplättchens gebildet werden.
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DE1764959A 1967-09-29 1968-09-12 Integrierte Halbleiterschaltung zur thermischen Anzeige von Informationen und Verfahren zu ihrer Herstellung Expired DE1764959C3 (de)

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Legal Events

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C3 Grant after two publication steps (3rd publication)
E77 Valid patent as to the heymanns-index 1977
8339 Ceased/non-payment of the annual fee