DE2150289A1

DE2150289A1 - Mit waermeempfindlichem Material zum Aufzeichnen einer Informationswiedergabe zu verwendendes thermisches Druckmodul und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE2150289A1
Application number: DE19712150289
Authority: DE
Inventors: Ruggiero Edward M
Original assignee: DISPLAYTEK CORP
Current assignee: DISPLAYTEK CORP
Priority date: 1970-10-09
Filing date: 1971-10-08
Publication date: 1972-04-13
Also published as: JPS5548996B1; FR2110322B1; US3700852A; GB1374621A; FR2110322A1; CA932379A

Description

Pallas, Texas 75240 , V.St.A,

Mit wärmeempfindlichem Material zum Aufzeichnen einer Informationswiedergabe zu verwendendes thermisches Druckmodul und Verfahren zu dessen

Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der thermischen Darstellungen und besonders auf das des thermischen Drückens und ganz speziell auf ein thermisches Druckmodul mit einem Pelä aus thermisch voneinander isolierten Heizelementen, die zur Erzeugung einer gewünschten Informations wiedergabe auf einem wärmeempfindlichen Aufzeichnungsmaterial wahlweise erregbar 3ind, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen thermischen Druckmoüuls.

Die Suche nach neuen und besseren Verfahren zur Informationsdarstellung hat die Technologie auf ein relativ neues Gebiet der Aufzeichnung ohne Anschlag ausgedehnt, bei dem V/arme, als Quelle der Druckenergie verwendet wird. Bei diesem J/erfahren ist eine Matrix aus Heizelementen derartig wahlweise erregbar, daß ein vorbestimmtes Hiöber aus heißen Punkten geaäß der gewünschten Informationswiedergabe (Buchstaben,

INSPECTED

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Zahlen usw.) erzeugt wird. Der bestimmte Buchstabe oder; die bestimmte Zahl wird dann auf einem wärmeempfindlicheη Aufzeichnungsmaterial wiedergegeben, das diese Matrix berührt. Wenn also beispielsweise die Zahl 4 dargestellt werden soll, dann wird die Heizelementenmatrix in einem dieser Zahl entsprechenden Muster erregt, so daß dadurch die Zahl 4.auf dem wärmeempfindlichen Aufzeichnungsmaterial gebildet oder "aufgedruckt" wird.

Das Kernstück der thermischen Darstellung ist das Druckmodul selbst, das das Heizelementenfeld enthält. In den letzten Jahren sind unterschiedliche Ausführungen dieser Druckmodule hergestellt worden. Bei einer solchen Ausführung waren auf einem Keramikträger wärmeabgebende Elemente in der gewünschten Anordnung selektiv abgeschieden. Bei einem anderen Verfahren wurde die Halbleitertechnologie angewendet, um mehrere thermisch isolierte, diskrete Halbleiterbereiche oder Mesas zu erzeugen, die die thermischen Druckelemente auf einem isolierenden Träger bildeten, wobei in diesen Mesas verschiedenartige Schaltungselemente zur Erzielung des erforderlichen Temperaturanstiegs des umgebenden Halbleitermaterials gebildet wurden.

Die Halbleiterlösung bietet zwar allgemein Vorteil gegenüber dem zuvor erwähnten Lösungsweg, doch sind bei den derzeit vorgeschlagenen Halbleiteranordnungen eine Reihe von Nachteilen aufgetreten. Erstens erfordern die ohmschen Anschlüsse an jedes der innerhalb der Halbleiterme sas liegenden Bauelemente oder an die im gleichen Substrat wie die Druckelemente angebrachten Komponenten der Wärmeansteuer matrix normalerweise sich durch Öffnungen in den Träger erstreckende,-mit Hilfe des Thermokompressionsverfahrens angebrachte Bonddrähte , die sich allgemein als unzuverlässig herausgestellt haben. Zweitens war die logische Schaltung zur

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Betätigung der Bauelemente der thermischen Ansteuermatrix außerhalb des Druckmoduls und von diesem getrennt angebracht, so daß sich notwendigerweise eine extrem große Zahl einzelner Leitungen von der externen Logikschaltung zur Ansteuermatrix des Moduls erstreckte. Diese.Notwendigkeit beschränkte sowohl die Größe als auch-die Gesaratzulässigkeit der gesamten Vorrichtung insbesondere dort, wo sich die Druckmodule selbst bezüglich des warmeempfindlichen Aufzeichnungstnaterials bewegten. Drittens verhinderten die derzeit verwendeten Fabrikationsverfahren zur Bildung der eigentlichen Druckelemente die Beibehaltlung der Genauigkeit und der exakten Steuerung der Größe und Form der Druckelemente sowie des Abstands zwischen ihnen, so daß die Erzielung der notwendigen Auflösung des auf dem wärmeempfindl.iehen Aufzeichnungs materials aufgezeichneten "Fleck" behindert wurde.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe augrunde, die thermische Darstellung zu verbessern. Mit Hilfe der Erfindung soll eine thermische Darstellungsvorrichtung geschaffen werden, wie diejenige, bei der ein Druckmodul mit einem PeId aus thermisch voneinander isolierten Halbleiterheizelementen verwendet wird, wobei die elektrischen Verbinäungen zwischen, den verschiedenen Teilen der Vorrichtung sowie deren Befestigungsanordnung eine erhöhte Kompaktheit und Zuverlässigkeit bieten.

Gemäß einer Vielter bildung der Erfindung wirä ein .Verfahren zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen geschaffen, die die innerhalb bestimmter Bereiche oder räumlich getrennter Abschnitte des auf einem gemeinsamen Träger angebrachten Halbleitermaterials gebildete Schaltungselemente enthalten.

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So soll mit Hilfe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines thermischen Druckmoduls geschaffen werden. Dabei sollen mehrere thermisch voneinander isolierte und räumlich getrennte Halbleiterheizbereiche einer thermischen Darstellungsvorrichtung gebildet werden, wobei eine exakte Steuerung der Form und der Größe der Heizbereiche sowie deren Abstand aufrecht erhalten wird. · ·

Demgemäß soll ein thermisches Druckmodul geschaffen werden, bei dem das PeId der Heizelemente, die Ans teuermatrix zur selektiven Erregung der Heizelemente und der Zeichengenerator zur wahlweisen Betätigung der Bauelemente der Ansteuermatrix auf einem einzigen Träger angebracht sind. Die mit den Heizelementen verbundenen Bauelemente und die' Ansteuermatrix sind in einem einzigen Plättchen aus Halb-, leitermaterial angebracht, und die sich zwischen diesen Bauelementen erstreckenden elektrischen Verbindungen verlaufen dabei auf dem Plättchen zu erweiterten und aufgebauten Anschlußpunkten zur direkten Bendverbindung mit dera Metallisierungsrauster auf dem Träger, so daß sich die Anwendung des mit Thermokompression arbeitenden Bondver fahre ns durch das Substrat hindurch erübrigt. Das gesamte Modul kann in ein externes Gehäuse eingeschoben oder eingesteckt werden.

Überdies erfolgt die Anwendung einer außerordentlichen Folge Von Fabrikationsschritten bei'der Bildung der thermisch voneinander isolio?ten Heizelemente und bei der Befestigung des Halbleiterplättchens, in dem die Elemente gebildet werden, am Träger. Ein Vorzugs ätz Vorgang erzeugt aehrere trapezförmige Heizelemente, deren Größe,Form und Abstand von diesem Ätzvorgang exakt gesteuert werden.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigen:

Fig.1 eine perspektivische Draufsicht auf ein thermisches Druckmodul gemäß der Erfindung zusammen mit einem damit in Verbindung stehenden wärmeempfindlichen Aufzeichnungsmaterial,

Fig.2 ein die Wirkungsweise der verschiedenen Teilgruppen des in Fig.1 dargestellten Moduls zeigendes Blockschaltbild der elektrischen Verbindungen zwischen den verschiedenen Teilgruppen,

Fig.3 ein elektrisches Schaltbild der den Heizelementen und der thermischen Ansteuerschaltung zugeordneten Bauelemente, wobei deren Verbindung untereinander dargestellt ist,

Fig.4 eine bildliche Draufsicht auf das Halbleiterplättchen des Moduls, die die Form· und den Aufbau der Heizelemente zeigt,

Fig.5 bis 8 Schnittansichten längs der Linie 8-8 von Fig.4, in denen die Fabrikationsschritte des dort gezeigten Aufbaus dargestellt sind, und

Fig. 9 ein Muster der Verbindungen der Heizelemente und der thermischen An3teuermatrix mit dem Meta11 isie rungsmuier auf dem Träger des Moduls gemäß der Erfindung.

Die Darstellungen sind nicht notwendigerweise maßstäblich, sondern sie sind zur Hervorhebung der erfindungsgeraäßen Merkmale in manchen Fällen vergrößert.

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In Fig.1 ist das thermische Drucktnodul tO dargestellt. Es enthält einen Träger 11 aus elektrisch isolierendem Material mit einer Iängl5chen Haupt fläche 12, mit den Abmessungen von beispielsweise 5cm χ 2,5 cm .und mit einem Rand bereich 13 von minimaler Dicke, normalerweise einer Dicke von 1,5 mm bis 6 mm (1/16 bis 1/4 inch).

Auf der Hauptfläche 12 befindet sich ein Halbleiterplättchen mit einer ersten Zone 15, in der einiteld aus Heizelementen angebracht ist, und einer zweiten Zone 16, in der eine Ansteuermatrixschaltung 28 zur selektiven Erregung der Heizelemente 60 angebracht ist. Die Zone 16 ist vorzugsweise so angebracht, daß sie dieZone 15 umgibt, wobei die Zone 16 nach Fig.1 um drei Seiten der Zone 15 verläuft.

Wie unten noch genauer erläutert wird, bestehen die Heizelemente 60 aus diskreten Abschnitten des Halbleitermaterials des Plättchens 14, die auf der oberen Fläche 17 des Plättchens im wesentlichen thermisch voneiunder isoliert sind. In jedem der Heizelemente 60 sind warmeabgebende Bauelemente an der Grenzfläche zwischen der Unterfläche des Platt ehe ns und der Hauptfläche 12 des Trägers gebildet; die innerhalb der Zone 60 liegende Ansteuermatrix 28 enthält dabei mehrere Schaltungselemente, die jeweils mit diesen wärmeabgebenden Elementen elektrisch verbunden sind. Die Ansteuermatrix 28 bewirkt die selektive Erregung und die Leistungszufuhr zu den Heizelementen entsprechend der gewünschten Informationsdarstellung .Auf diese Weise werden entsprechende Marken auf dem wärmeempfindlichen Aufzeichnungsmaterial 19 erzeugt, das in thermischem Kontakt mit den selektiv erregtenHeizelementen über die Hauptfläche 12· gleitet.

Im Abstand vom Plättchen 14, jedoch auf der gleichen Hauptfläche 12 des Trägers 11,ist eine integrierte Schaltung 18 angebracht, die mehrere elektrisch miteinander verbundene Schaltungselemente enthält, die

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einen Zeichengenerator zur wahlweisen Auslösung der Schaltungselemente der A ns teuer matrix 28 bilden. Die integrierte Schaltung 18 kann eine monolithische oder hybride integrierte Schaltung sein, wie sie in der Technik bekannt ist, deren Bauelemente zur Bildung der gewünschten logischen Schaltung entsprechend miteinander verbunden sind. Gemäß einer bevorzugten A us führung s form besteht die integrierte Schaltung jedoch aus einem MOS (Me ta 11-Ox id-Hai blei te r)-Pel d , dessen Bauelemente an der Grenzfläche zwischen der integrierten Schaltung 18 und derHauptfläche 12 des Trägers gebildet sind. Wie unten noch beschrieben wird, weist die Zeichengeneratorschaltung 18 eine beträchtlich geringere Anzahl von Eingangsklemmen als Ausgangsklemmen auf, wobei die Ausgangsklemmen an die Ansteuermatrix 28 angeschlossen sind.

Die Ausgangsklemmen der logischen ^haltung des Zeichengenerators 18 sind elektrisch an die Eingangsklemmen der Ansteuerschaltung 28 über mehrere Leiter angeschlossen, die aus einem auf der Hauptfläche 12 gebildeten und daran haftenden Metallisierungsmuster 20 erzeugt werden. Dieses Metallisierungsmuster kann beispielsweise durch selektives Abscheiden des Metalls direkt auf den Träger in der gewünschten Form hergestellt werden. Ein besonderes Merkmal besteht darin, daß sich dieses Metallisierungsrauäber, das beispielsweise aus Gold bestehen kann, zur Unterseite des Plättchens 14 erstreckt, wo es eine ausgezeichnete Bondverbindung mit der Metallisierung des Plättchens aufweist, damit das Meta11isierungsmuster mit den innerhalb der Zone 16 liegenden A ns teuer baue lerne nt en verbunden wird, wie unten noch genauer beschrieben wird.

Ein beispielsweise ebenfalls aus Gold bestehendes weiteres Metallisierungsmuster 21 ist auf der Hauptfläche 12 gebildet

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und haftet auf dieser Fläche . Es ist elektrisch mit den Eingangsklemme η der logischen Schaltang des Zeichengenerators 18 verbunden. Dieses Metallisierungsmuster 21 erstreckt sich dabei bis zurHinterkante 22 des Trägers 11, wo es die Form mehrerer länglicher Laschen 30 bis 41 annimmt, die die Eingaigsklemmen des -Druckmoduls 10 zum Anschluß an eine (nicht dargestellte) externe Schaltung zur entsprechenden Betätigung der logischen Schaltung des Zeichengenerators 18 bilden.

Über den Metallisierungsmustern 20 und 21 ist eine beispielsweise aus Glas bestehende extrem dünne Schicht 25 angebracht ( die Bruuhlinie gibt dabei an, wo zum Zwecke derDarstellung * ein Abschnitt der Schicht 25 entfernt wordenist, damit das

darunterliegende Metallisierungsmuster zu erkennen ist), damit die Leiter vor der Reibungswirkung der Bewegung des Aufzeichnungsmaterials 19 bezüglich der Hauptfläche 12 geschützt werden. Ein besonderes Merkmal dieser Anordnung beabeht darin, daß die Enden der Laschen 30 bis 41 gemäß der Darstellung frei bleiben, damit das gesamte Druckmodul in ein die externe Schaltung enthaltendes Gehäuse eingesteckt werden kann, wobei die freiliegenden Laschenabschnitte den direkten elektrischen Kontakt mit den elektrischen Kontakten der externen Schaltung herstellen.

k Im Zusammenhang mit den Figuren 2 und 3 kann nun die

Wirkungsweise des thermischen Druckmoduls kurz beschrieben werden.· Innerhalb jedes der Heizelemente 60 befindet sich ein Paar aus aktiven und wärmeabgebenden Schaltungselementen; das aktive Schaltungselement bewirkt dabei bei seiner Auslösung das Fließen eines Stroms durch das verlust be haftete Schaltungselement, was zu einer Temperaturerhöhung des umgebenden Heizelements 60 führt. Wenn die Heizelemente 60 ' in einem gewünschten Feld (beispielsweise in dem in Fig.2 dargestellten 5x7-Feld angeordnet sind), kann die Auslösung der aktiven Schaltungselemente in ausgewählten Heizelementen

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daher zur selektiven Erwärmung dieser thermisch voneinander isolierten Elemente in einem definierten Informationsmuster führen. So können beispielsweise nach Fig.2 ausgewählte Elemente 6O¹ im Muster des Buchstabens A erwärnt.werden. Wenn ein wärmeempfindliches Aufzeichnungsmaterials wie das Aufzeichnungsmaterial 19 thermisch mit diesem Muster in Verbindung steht, wird auf diese Weise auf ihm der Buchstabe A dargestellt oder gedruckt.

ftie Fig. 3 zeigt, wird das aktive und wärmeabgebende Schaltungselementenpaar vom Transistor 84 bzw. vom Kollektorwiderstand 83 gebildet, wobei das Schaltungselementenpaar innerhalb jedes der thermisch voneinander isolierten Heizelemente 60 angebracht ist. Vorzugsweise wird der Transistor 84 mit Hilfe der herkömmlichen Diffusionsverfahren in Körper der Heizelemente 60 hergestellt; ein Abschnitt des Halbleitermaterials bildet dann den Kollektorwiderstand 83, der auf diese Weise einstückig über das Halbleitermaterial mit dem Kollektor des Transistors 84 in Verbindung steht.

Die Erregung der Heizelemente 60 wird mit Hilfe mehrerer AnsteuernBtrixschaltungen 28 bewirkt, die alle innerhalb der Zone 16 des Plättchens 14 liegen. Jede dieser Schaltungen, deren Zahl gleich der Zahl der Heizelemente 60 ist, enthält einen Transistor 80 und Emitterwiderstände 81 und 82.Die Ausgänge dieser Ansteuermatrixschaltungen sind jeweils elektrisch an die Basiselektroden der Transistoren 84 über elektrische Verbindungen 85 angeschlossen, so daß beim Anlegen eines Impulses an die Eingangsklemme A der ausgewählten Ansteuermatrixschaltungen das entsprechend angeschlossene Schaltungselementenpaar erregt wird und daraus resultierend ein Temperaturanstieg im entsprechenden Heizelement 60 erfolgt.

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Die Eingangsimpulse an den. Klemmen A der Ansteuermatrixschaltung werden vom Zeichengenerator 18 geliefert. Der Zeichengenerator 18, dessen Schaltung in der Technik allgemein bekannt sein kann, kann ein codiertes Digitalwort an den Eingangsklemraen B^ his B~ empfangen, das von den vergrößerten Kontakt laschen 31 bis 37 geliefert wird, wodurch die gewünschten Ausgangs signale an die Eingangsklemmen A der Ansteuermatrixschaltung gelegt werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Zeichengenerator 18 ein 7 Bits umfaßendes Digital wort, empfangen. Unter der Annahme, daß der Buchstabe A gedruckt werden soll, wird also das dem Buchstaben A entsprechenden codierte Digitalwort (beispielsweise OOOOOO1) an die Eingangsklemmen B^ bis B^ angelegt. Folglich, erzeugt der Zeichengenerator 18 Ausgangssignale, die an die Eingangsklemmen A der speziellen Ansteuermatrixschaltungen 28 gelangen, die elektrisch mit den innerhalb der Heizelemente 60¹ liegenden Transistoren 84 verbunden sind, 3D daß auf diese Weise die selektive Erwärmung dieser Heizelemente 60' zur Bildung des Buchstabens A herbeigeführt wird.

Die erweiterten Laschen 30, 38 und 41 sind die Anschlüsse an Masse, an die Versorgungsspannung -Vtyq für den Zeichengenerator 18 und an die Versorgungsspannung -Vj₁ für die Ansteuertransistoren 81 und die Heiztransistoren 84. Die Laschen 39 und 40 bilden die Anschlußklemmen für (nicht dargestellte) externe Temperaturkompensations widerstände R^ und R₂.

Unter Bezugnahme auf die Schnittansichten vonB.g.4 bis und auf die Figuren 1, 4 und 10 wird nun die Herstellung des thermischen Druckkopfs 10 und insbesondere die Bildung des Felds aus Heizelementen und der thermischen Ansteuermatrixschaltungen 28 innerhalb des Plättchens 14 beschrieben.

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Es kann monokristallines, η-leitendes Halbleitermaterial, beispielsweise Slizium , als Ausgangsmaterial für das Plättchen 14 verwendet werden. Ein Teil dieses Plättchens ist in Fig.5 dargestellt. Unter Verwendung üblicher Maskierungsund Bifiasio ns verfahre η werden die ·. Heiztransistor-Heizwiderstandspaare (Tg. bis Rg3) und die Bauelemente der Ansteuerschaltungen (Transistor Tg₀, Widerstand R₈₁, Widerstand Rg₂) im Plättchen 14 gebildet, wobei während der Diffusionsvorgänge die Oxidschicht 50 mit dem dargestellten gestuften Aufbau erzeugt wird. Vorzugsweise gleichzeitig mit der Diffusion der Basiszonen der Transistoren Tg. und Tg₀ werden (nicht dargestellte) p-leitende V/ir!erstände Rg₁ und Rg₂ erzeugt, während die verlustbehafteten Heizwiderstände Rg-* in Wirklichkeit von einer Erweiterung in Form eines einstückigen Abschnitts der Kollektorzonen der Transistoren Tg. aus dem n-leitenden Ausgangsmaterial gebildet werden.

Die elektrische Verbindung der verschiedenen Schaltungsrelemente wird dann durch Anbringen von Öffnungen in der Osiäschicht 50 an den Stellen, an denen ein Kontakt notwendig ist, und durch Abscheiden und selektives Entfernen einer Metallschicht zur Bildung des gewünschten Verbindungsmusters entsprechend der Darstellung erzeugt. Dieses über der Oxidschicht liegende Metallisierungsmuster enthält die Leiter 85, die eine Seite der Widerstände Rg₁ mit der Basis des Heiztransistors Tg. verbindet, wodurch nach Fig.3 die Verbindung zwischen einer Ansteuerschaltung 28 und einer Heizschaltung hergestellt wird. Das die Leitung enthaltende Kontaktmuster kann zwar gemäß der Darstellung aus einer einzigen Metallschicht wie Gold hergestellt werden, doch kann es erwünscht sein, eine beispielsweise aus Platin, Titan, Platin und Gold aufgebaute Mehtschichtstruktur zu verwenden, wobei Gold die oberste Schicht bildet. An den

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Kontaktpunkteη zu den Kollektor widerständen Rg, können, wie in der Technik bekannt ist, niederohmige (n+)-leitende Zonen einäiffundiert werden.

Als nächster Schritt beim Herstellungsvorgang werden ausgewählte Abschnitte des Kontaktrausters aufgebaut oder verdickt, und diese verdickten Abschnitte werden dann mit den abgeschiedenen Leitern (20, 30, 39₅ 40 und 41) auf dem Träger 11 verbunden. Unter Verwendung bekannter Abscheide-Markierungs- und Piatierungsverfahre η werden verdickte; Kontaktabschnitte 51 entsprechend längs des Umfangs des Plättchens 14 beispielsweise ah der Basis des Ansteuerstransistors Tg₀ gebildet, wie in der Schnittansicht von Fig.5 dargestellt ist. Diese verdickten Kontaktabschnitte 51, die vorzugsweise beispielsweise aus Gold bestehen, wurden in gleicher Weise auch auf den Emittern der Heiztransistoren Tg,, dem Kollektor des Transistors Tqq usw. gebildet.

Die Anordnung von J?ig.5 wird nun mit der Oberseite nach unten gedreht (wobei die Schaltungselemente dann so liegen, wie in T?ig.6 dargestellt ist), und vorübergehend auf einen (nicht dargestellten)Halter mit Hilfe eines lösbaren Klebemittels befestigt. Der Träger 14 wird dann auf die Dicke von beispielsweise 75 bis 1oO am (3 bis 4 mils) geläppt. Eine dünne Schicht 54 aus Mask ierungs ma te rial (beispielsweise aus Siliziumdioxid), wird nun auf der den Diffusionsstellen und Metallisierungen gegenüberliegenden Seite des Plattchens 14 erzeugt. Unter Verwendung bekannter photographischer Maskierungsverfahren und selektiver Ätzverfahren werden ausgewählte Bereiche der Silizium^ dioxidschichten 54, 50, und des η-leitenden Siliziumplättchens längs des Umfangs 58 des Plättchens 14 entfernt,

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damit das Leitermuster an den Orten der verdickten Kontaktabschnitte 51 freigelegt wird. Diese weggenommenen Bereiche sind in Pig.6 mit gestrichelten Linien für einen solchen Ort dargestellt, wobei die Ansicht nur längs der Schnittlinie 8-8 erfolgt. Dabei versteht sich, daß dieses Entfernen geschieht, um alle verdickten Kontaktabschnitte längs des Umfangs 58 des Plättchens freizulegen.

Gemäß Fig.7 werden nun unter Anwendung üblicher Maskierungsund Ätzverfahren ausgewählte Bereiche 55 aus der Oxidschicht 54 entfernt, damit das darunterliegende Halbleitermaterial des Plättchens 14 zwischen der Zone 16, in der die Ansteuermatrixelemente (^g₀j R3-1 und R30) gebildet sind und der Zone 51, in der die Schaltungselemente (Ϊ34» ^R85^ der Heizelemente gebildet sind, und auch zwischen benachbarten Transistor-Widerstands-Paaren (Tg, und R33) freigelegt wird.

Die sich ergebende Anordnung wird dann von der Halterung entfernt und am isolierenden Träger 11 so befestigt, daß die verdickten Kontaktbereiche 51 das Metallisierungsmuster auf der Hauptfläche 12 des Trägers berühren und darauf ausgerichtet sind. Wie in Έig.7 dargestellt ist, berührt der verdickte Kontaktbereich 51, der an die Basis des Ansteuertransistors Tg₀ angeschlossen ist, den vom Zeichengenerator 1ö kommenden externen Leiter 20, so daß auf diese Weise die Eingangsklerarae A der Treiberschaltung 28 gebildet wird. In gleicher Weise berühren andere verdickte Kontaktbereiche 51 längs des Umfangs 58 des Plättchens 14 andere externe Leiter 20, 30, 39, 40 und 41, damit zusätzliche Eingangsklemraen A, Masseanschlüsse an die Transistoren Tqq, Anschlüsse für die Widerstände B... und Rp und Anschlüsse für

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die Versorgungsspannung -V„ für den Widerstand Rgp gebildet werden.

In den Hohlraum zwischen dem Plättchen 14 und dem elektrisch isolierenden Träger 11 wird nun ein Klebematerial 57 eingeführt, das auch über den Stellen der verdickten Kontaktbereiche 51 angebracht wird. Das Klebemittel. . vergrößert auf diese Weise die Haftung des Plättchens 14 am isolierenden Träger 11, während es in gleicher Weise für einen Schutz der Anschlußverbindungen und für eine Einkapselung der Schaltungselemente sorgt.

Das freigelegte Halbleitermaterial unterhalb der Öffnungen in der Oxidschicht wird nun selektiv entfernt , wobei die erhabenen thermisch voneinander isolierten diskreten Heizelemente 60 mit den darin gebildeten Transistor-Widerstandspaaren ^qa^-q-z uncl die innerhalb der umgebenden Zone 16 des Plättchens 14 gebildeten Ansteuermatrixschaltungen 28 (mit den Transistoren Ton und den Widerständen Rg₁. und Rgo) zurückbleiben, wie in Fig.8 dargestellt ist.

Das Ätzen des Halbleitermaterials zwischen den Öffnungen 55 kann mit irgendeinemÄtzmittei durchgeführt werden, das das Silizium selektiv entfernt, die Oxidschicht 54 aber im wesentlichen unbeeinflußt läßt. Vorzugsweise wird das Halbleitermaterial unter den Öffnungen 5 5 aber mit Hilfe eines beispielsweise aus einer verdünnten Lösung aus Natronlauge bestehenden Ätzmittels entfernt, das das Siliziumhalbleitermaterial vorzugsweise längs der 100-Ebene ätzt. Die Oxidschicht 54 wird dann in der herkömmlichen. Weise entfernt.

Als Folge dieser Herstellungsschritte ergibt sich die in Fig.4 ( und teilweise im Schnitt in Fig.3) dargestellte Anordnung. Das Feld aus Heizelementen 60, die im wesentlichen

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thermisch voneinander isoliert sind* und die innerhalb der Zone 16 liegende Matrix der Treiberschaltungen 28 sind einstückig über das Material des Halbleiterplättchens 14 miteinander verbunden. Vorzugsweise umgibt die Zone 16 die Zone 15, in der das Heizelementenfeld angebracht ist, wodurch zur Gesamtkompaktheit der Anordnungen beigetragen wird. In der dargestellten Ausführungsform umgibt die Zone das PeId der Heizelemente auf drei Seiten, obwohl es wünschenswert sein kann, die Zone 15 unter gewissen Umständen auf allen vier Seiten vollständig zu umschließen.

Die verschiedenen Schaltungselemente des Heizelementenfelds und der Ansteuermatrix und auch die leitenden Verbindungen dazwischen sind an der Grenzfläche zwischen den Plättchen und dem Träger 11 gebildet; sie liegen auf diese Weise von der Fläche entfernt, über die das wärmeempfindliche Aufzeichnungsmaterial gleitet. Das Verbindungsmuster auf der Rückseite des Plättchens 14 (von dem ein Beispiel in I¹ ig.9 dargestellt ist) verbindet die verschiedenen Schaltungselemente selektiv innerhalb des Plättchena, und es weist gemäß der obigen Beschreibung verdickte Kontaktbereiche auf, die über eine Bondverbindung direkt an das Metallisierungsmuster auf den Träger 11 angeschlossen werden. Die längs des Umfangs des Plättchens 14 liegenden Kontaktbereiche 51 sind nicht nur die leitenden Verbindungen zwischen den externen Leitern 20, 30, 39, 40 und 41 und dena leitenden Verbindungsmuster, auf dem Plättchen 14, sondern sie stellen auch die Befestigung des Plättchens selbst auf dem Träger 11 dar.

Wie bereits erwähnt wurde, sind die Heizelemente 60 im wesentlichen längs der oben liegenden Fläche des Plättchens 14 und auch durch den Träger thermisch voneinander isoliert. In dieser Hinsicht ist es erwünscht, daß das Klebemittel 57, das die Heizelemente 60 mit dem Träger 11 verbindet, eine genügend niedrige thermische Leitfähigkeit

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aufweist, damit ein thermisches "Übersprechen" zwischen benachbarten Heizelementen vermieden wird. Beispiele solcher Mittel sind Epoxy, und verschiedene Glasarten. '. ·■

Als Folge des oben beschriebenen Vorzugsätzens des Halbleitermaterials längster 100-Ebene zur Bildung der räumlich voneinander getrennten Heizelemente 60 ergeben sich mehrere V_orteile. Ein erster Vorteil besteht darin, daß die resultierende Ausgestaltung jedes der Heizelemente 60 (nach Pig.4) trapezförmig ist, wobei die oben liegenden flächen jedes der Trapeze im wesentlichen rechtwinklige Ecken aufweist, so daß eine ausgezeichnete Auflösung des Druckflecks entsteht, der auf dem Aufzeichnungsmaterial 19 aufgedruckt wird. Außerdem ermöglicht das Vorzugsätzen eine exakte Steuerung der Größe und des Abstandes zwischen den Heizelementen.

Als letzter Schritt bei der Herstellung des thermischen Druckmoduls 10 wird der Zeichengenerator 18 auf der Hauptfläche 12 des Trägers 11 befestigt. Seine Eingangs- und Ausgangsklemmen werden über Bondverbindungen an die Metallisierungsmuster 21 bzw. 20 auf der Hauptfläche 12 angeschlossen. Gemäß einem besonderen Merkmal des Modulaufbaus dient der !Präger 11 nicht nur als Halterung für den Zeichengenerator,die thermische Ansteuermatrix, die Heizelemente und die dazwischen verlaufenden Metallisierungsmuster, sondern auch als Kühlkörper für die isolierten Heizelemente nach jedem Druckvorgang. Zu diesem Zweck besteht der Träger 11 vorzugsweise aus einem Material, das nicht nur elektrisch isoliert, sondern auch ein guter Wärmeleiter ist. Ein Beispiel eines solchen Materials ist Aluminium.

Der Aufbau des hier beschriebenen Druckmoduls 10 bietet so beträchtliche Vorteile gegenüber bisher bekannten Anordnungen. Als erstes weist das Zusammenfügen der Heizelemente, der Ansteuerraatrix, des Zeichengenerators und der dazwischenverlaufenden Verbindungen auf einem einzigen

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Träger- Dicht nur Vorteile infolge der Kompaktheit der Gesaratstruktur auf, sondern es wird auch die Zahl der Leiter verringert, die von einer externen Quelle zum Modul geführt werden müssen. Dies ist besonders vorteilhaft, da sich das Druckmodul 10 normalerweise bezüglich des Aufzeichnungsmaterials 19 bewegt und jede vom oder zum Druckmodul verlaufende externe Leitung notwendigerweise ebenfalls bewegt werden muß. Insbesondere führen das Einfügen des Zeichengenerators 18 in das Druckmodul 10 und sein Anschließen an das Plättchen .14 über eine an der Trägerfläche haftende Metallisierung dazu, daß eine große Anzahl von einzelnen mit dem Druckmodul zu verbindenden toten Drähten weggelassen werden kann.

Außerdem kann das gesamte Druckmodul 10, dadurch, daß es in der hier beschriebenen Form und Größe hergestellt wird und daß die erweiterten Laschen 30 bis 41 verwendet werden, in ein externes Gehäuse mit allen damit zusammenhängenden Vorteilen eingesteckt werden.

Das hier beschriebene Ausführungsbeispiel kann in verschiedener Weise abgewandelt werden. So ist das Druckmodul 10 beispielsweise im Zusammenhang mit wärraeempfindlichem Papier beschrieben worden, wobei das Zusammenwirken zwischen diesen Elementen in einem thermischen Druckgerät ausgenützt wurde. Das Aufzeichnungsmaterial 19 kann aber auch aus einem dauernd über dem Feld aus Heizelementen angebrachten Material bestehen, bei dem Bereiche eine Zustandsänderung ausführen können, wenn sie Wärme ausgesetzt sind. Das sich daraus ergebende Gerät würde dann eine Art Darste1lungsgerät und nicht ein Drucker für dauerhafte Kopien sein.

Überdies ist das Feld aus 5x7 Heizelementen hier nur als Beispiel angegeben, da jede Zahl utd Größe des Feldes je nach der Art der auf den mitwirkenden warmeempfindlichem Aufzeichnungsmaterial aufzudruckenden oder darzustellenden Information ausgewählt werden kann.

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Claims

- 1β- Pa tenta ns prüche

1. Mit warmeempfindlichem Material zum Aufzeichnen einer Informationswiedergabe zu verwendendes thermisches Darstellungsmodul gekennzeichnet durch (a) einen Träger mit einer länglichen Hauptfläehe,(b) ein zwei einandergegenüberliegende Hauptflächen aufweisendes Halbleiterplättchen, das mit einer seiner zwei Hguptflächen auf ■· der länglichen Hauptfläche des Trägers befestigt ist, (c) ein in einer ersten Zone des Halbleiterp*ättehens angebrachtes Feld aus Heizelementen, von denen bestimmte im erregten Zustand die Informationswiedergabe erzeugen, wobei sich die Heizelemente zuranderen Hauptfläche des Halbleiterplättohens erstrecken und im wesentlichen längs dieser anderen Haupt fläche thermisch voneinander isoliert sind, eine innerhalb einer zweiten Zone des Halbleiterplättehens liegende Matrix aus Ansteuerschaltungen, die wahlweise mit den Heizelementen zu deren Erregung verbunden sind, (d) ein die Ansteuerschaltungen wahlweise betätigendes Schaltungsmodul, das auf der Hauptfläche des Trägers an dner vom Halbleiterplättchen entfernt liegenden Stelle angebracht ist, und mehrere Eingangsklemmen und mehrere Ausgangsklemmen aufweist, (e) ein auf der Hauptfläche des Trägers angebrachtes erstes Metallisierungsmuster, das eine Vielzahl von Verbindungen zwischen den Ausgangs-. klemmen des Schaltungsmoduls und der Matrix der Ansteuerschaltungen herstellt, und (f) ein auf der Hauptfläche des Trägers angebrachtes zweites Metallisierungsmuster, das eine Vielzahl von Verbindungen zu den Eingangsklemmen des Schaltungsmoduls herstellt.

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2.- Darstellungsmoüul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wärmeabgebende Schaltungeelemente jedem der Heizelemente zugeordnet sind, daß zwischen der einen Haupt fläche des Halbleiterplättchens und der Hauptfläche des Trägers leitende Einrichtungen angebracht sind, von denen Abschnitte wahlweise die Matrix der Ansteuerschaltungen mit den wärme-' abgebenden Schaltungselementen verbinden, und daß diekrete verdickte Bereiche der leitenden Einrichtungen auf der einen Hauptfläche jeweils an die von dem ersten Metallisierungsmuster gebildeten Verbindungen angeschlossen sind.

3. Darstellungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Ausgangsklemmen des Schaltfcingsmoduls die Zahl seiner Eingangsklemmeη überschreitet.

4. Darstellungsmodul nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß sich das zweite Metallisierungsmuster zu einem Rand der länglichen Haupt fläche erstreckt, und an diesem Rand erweiterte Endabschnitteauf weist.

5. Darstellungs modul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß über dem ersten und dem zweiten Metallisierungsmuster ein äbnützungsbeständiges Schutzmaterial angebracht ist.

6. Darstellungsmodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Längen- und Breitenabmessungen der Hauptfläche des Trägers wesentlich größer als dessen Dicke sind.

7. Mit wärmeempfindlichem Material zum Aufzeichnen einer Informationswjfeäergabe zu verwendendes thermisches Druckmodul, gekennzeichnet durch (a) einen elektrisch isolierenden Träger , (b) ein zwei Hauptflächen aufweisendes Halbleiterplättchen, das an einer seiner zwei Hauptflächen auf einer ' Hauptfläche des Trägers befestigt ist,(c) ein von diskreten Teilen des Halbleitermaterials des Plättchens gebildetes Feld von Heizelementen, das innerhalb einer ersten Zone

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dee Halbleltfcerplättchens angeordnet ist, wobei die diskreten Teile längs der- anderen Hauptfläche des Halbleiterplättchens räumlich voneinander getrennt sind und bestimmte Heizelemente im erregten Zustand die Inforraationswiedergabe darstellen, Widerstandsvorrichtungen in den diskreten Teüen der einen Hauptfläche,(d) eine Matrix aus thermischen A ns teuerschaltungen zum Erregen der innerhalb einer zweiten Zone des Halbleiterplättchens auf der einen Hauptfläche angebrachten Heizelemente, wobei elektrische Verbindungen zwischen der einen Hauptfläche des Halbleiterplättchens und der Hauptfläche des Trägers wahlweise die thermischen Ansteuerschaltungen * mit den Widerstandsvorrichtungen verbinden, (e) auf dem

Träger angebrachte externe Leiter mit Abschnitten, die sich der einen Hauptfläche des Halbleiterplättchens benachbart erstrecken und (f) auf der einen Hauptfläche des Halbleiterplättchens angebrachte leitende Vorrichtungen · sit verdickten Abschnitten, die direkt jeweils an die erweiterten Bereiche der externen Leiter angeschlossen sind.

8. Druckmodul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der einen Hauptfläche des Halbleiterplättchens und der Hauptfläche des Trägers ein Klebemittel eingefügt ist. ;

9. Druekmodul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zone des Halbleiterplättchens die erste Zone wenigstens auf drei Seiten umgibt und daß die verdickten Bereiche längs des ümfangs äer zweiten Zone angeordnet sind.

10. Druckmodul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente trapezförmig ausgebildet sind.

11. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit mehreren räumlich voneinander getrennten Bereichen aus

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Halbleitermaterial, die auf einem gemeinsamen Träger angebrach sind und im Inneren miteinander verbundene Schaltungselemente enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß (a) innerhalb einer ersten und einer zweiten Zone längs einer Hauptfläche des Halbleiterplättchens mehrere Schaltungselemente gebildet werden, daß (b) auf dieser Hauptfläche zur wahlweisen Verbindung ausgewählter Schaltungselemente innerhalb der ersten Zone mit ausgewählten Schaltungselementen innerhalb der zweiten Zone selektiv ein Metallisierungsmuster gebildet wird , das (c) längs des ümfangs des Halbleiterplättchens selektive Bereiche des Metallisierungsmusters aufgebaut werden, daß (d) Abschnitte des Halbleitermaterials des Plättchens zur Freilegung der aiektiv aufgebauten Bereiche von der anderen Hauptfläche des Plättchens her selektiv entfernt werden, daß (e) das Halbleiterplättchen mit der einen Hauptfläche an einem Träger befestigt wird, der ein zweites Metallisierungsmuster trägt, so daß die aufgebauten Abschnitte jeweils das zweite Metallisierungsmuster berühren, daß (f) zwischen den Träger und die eine Hauptfläche ein Klebemittel eingefügt wird und daß (g) das Halbleitermaterial zwischen der ersten und der zweiten Zone und zwischen bestimmten Bereichen innerhalb der zweiten Zone derart selektiv entfernt wird, daß mehrere räumlich voneinander getrennte. Abschnitte innerhalb der von der ersten Zone umgebenen zweiten Zone entstehen, wobei das selektive Ätzen längs der 100-Ebene des Halbleitermaterials durchgeführt wird.

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