DE2548122A1 - Verfahren zum herstellen eines einheitlichen bauelementes aus einem halbleiterplaettchen und einem substrat - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines einheitlichen bauelementes aus einem halbleiterplaettchen und einem substrat

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DE2548122A1 DE19752548122 DE2548122A DE2548122A1 DE 2548122 A1 DE2548122 A1 DE 2548122A1 DE 19752548122 DE19752548122 DE 19752548122 DE 2548122 A DE2548122 A DE 2548122A DE 2548122 A1 DE2548122 A1 DE 2548122A1
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Norman Edwin Schumaker
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Description

BLUMBACH · WESER · BERGEN · KRAMER ZWIRNER - HIRSCH
PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN
Postadresse München: Patentconsult 8 München 60 Radeckestra3e 43 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Postadresse Wiesbaden: Patentconsult 62 Wiesbaden Sonnenberger Straße 43 Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237
Western Electric Company, Incorporated Kuhn 9-3 New York, N. Y. / USA
Verfahren zum Herstellen eines einheitlichen Bauelementes aus einem Halbleitert>lättchen und einem Substrat
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines einheitlichen Bauelementes aus einem eine erste Gruppe von Leiterbahnen aufweisenden Halbleiterplättchen und einem Substrat durch Einbringen einer Vertiefung in das Substrat, Erzeugen einer zweiten Gruppe von Leiterbahnen auf der Oberfläche des Substrates, Befestigen des Halbleiterplättchen3 in der Vertiefung derart, daß die auf diesem befindlichen Leiteroahnen im wesentlichen mit den auf dem Substrat befindlichen zugeordneten Leiterbahnen unter Einhaltung eines Abstandes hierzwischen ausgerichtet sind, und elektrisches Verbinden der zugeordneten Leiterbahnen von Plättchen und Substrat.
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München: Kramer ■ Dr.Weser: Hirsch — Wiesbaden: Blumbach · Dr. Sergen ■ Zwirner
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Derzeit besteht lebhaftes Interesse an der Entwicklung monolithisdEr Bauelemente für numerische und alphanumerische Wiedergabefelder unter Verwendung von GaP-Halbleiterbauelementen. Eine typische Ziffernanzeige umfaßt sieben stabförmige Elektroden, die in Achterform angeordnet sind, so daß mit verschiedenen Kombinationen dieser Elektroden alle Ziffern von 0-9 wiedergegeben werden können. Diese Elektrodenabschnitte erfordern Verbindungen zu einer Hilfsschaltung wie die erforderliche Logikschaltung und Speisespannungsquelle. Bisher wurden derartige Wiedergabefelder dadurch hergestellt, daß das Wiedergabeplättchen auf einem Keramik-Substrat einschließlich der Hilfsschaltung aufgebracht wurde und die erforderlichen elektrischen Verbindungen mit Hilfe von Stützleiter- oderDraht-Verschweißmethoden erzeugt wurden. Stützleiter-Verschweißung ist eine recht komplizierte Technologie, die die Erzeugung verschiedener Metallschichten erfordert. Drahtverschweißung ist einfacher, erfordert aber üblicherweise viel mehr einzelne Drahtschweißstellen.
Zusätzlich zu den Anschluß- und Verschweißungsproblemen ist ein weiteres Problem, das bei den derzeitigen Herstellungsverfahren auftreten kann, die Notwendigkeit eines Farbfilters über dem Wiedergabeplättchen, um unter Umgebungslicht-Bedingungen einen vernünftigen Kontrast zu erzeugen. Dieses erfordert ein zusätzliches Bauteil im Wiedergabe-Bauelement.
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Das vorstehende Problem ist für das einleitend beschriebene Verfahren zum Herstellen eines einheitlichen Bauelementes aus einem eine Gruppe von Leiterbahnen aufweisenden Halbleiterplättchen und einem Substrat gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Leiterbahnen auf dem Substrat als sich bis zum Rand der Vertiefung erstreckend hergestellt werden, daß die zugeordneten Leiterbahnen von Plättchen und Substrat an deren Rändern koplanar zueinander ausgerichtet werden und daß die elektrische Verbindung der zugeordneten Leiterbahnen über den Spalt hinweg durch Erzeugen von Leiterbrücken aus einem Material bewerkstelligt wird, das von dem der Leiterbahnen verschieden ist.
Nachstehend ist die Erfindung anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsformen im einzelnen beschrieben; es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Wiedergabebauelement entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2A-2D je Schnittansichten der Anordnung nach Fig. 1 zur Darstellung verschiedener Herstellungsstadien,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung eines Herstellungsschrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens und
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Fig. 4A-4B Schnittansichten eines Wiedergabebauelementes in verschiedenen HerstellungsStadien entsprechend einer weiteren Ausf Uhrungsform der Erfindung.
Im Interesse einer besseren Darstellung sind die Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgerecht.
Beim vorliegenden Verfahren kann das Wiedergabe-Halbleiterplättchen in einer Vertiefung angeordnet werden, die in einem transparenten Substrat vorgesehen ist. Entsprechend einer Ausführungsform des Verfahrens werden die vorher erzeugten Metallisierungen auf Plättchen und Substrat miteinander ausgerichtet und über dem Spalt werden leitende überbrückungen erzeugt. Dieses kann bewerkstelligt werden durch ein Lötmittelrückfließ- oder Epoxy-Verbindungsverfahren. Bei einer alternativen Ausführungsform wird die Metallisierung erst ausgeführt, nachdem das Plättchen in dem Substrat angebracht worden ist, wobei zur erforderlichen Unterstützung des Metalles ein den Spalt auffüllendes geeignetes Material vorgesehen wird. In jedem Fall wird das Wiedergabefeld durch das Subtrat hindurch betrachtet, und letzteres kann geeignet gefärbt sein, so daß es selbst als ein Filter wirkt. Das Substrat kann des weiteren so ausgeformt sein, daß es eine Vergrößerungslinse bildet.
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25481??
In Fig. 1 ist ein Wiedergabebauelement dargestellt, wie dieses durch das vorliegende Verfahren hergestellt wird. Das Wiedergabeplättchen 10 hat wie dargestellt, sieben stabförmige Elektroden 11, die in Achterform angeordnet sind, um die jeweils gewünschte Ziffer bei Erregung der entsprechenden Elektrodenkombination wiederzugeben. Typischerweise weist das Wiedergabeplättchen (siehe Fig. 2B - 2C) ein η-leitendes GaP-Halbleitersubstrat auf, auf dem, üblicherweise im Flüssig.jphasen-Epitaxieverfahren, eine η -leitende GaP-Schicht 17 aufwachsen gelassen wurde. Eine . zweite, p-leitende GaP-Schicht 18 ist über dieser Schicht wiederum nach üblichen Flüssigphasen-Epitaxieverfahren erzeugt und dann geätzt worden, um mesaförmige Erhebungen zur Definierung der Wiedergabesegemente zu bilden. Weiterhin ist eine Isolierschicht 19 über entsprechenden Gebieten der Oberfläche vorgesehen, und die Elektroden 11 befinden sich über den Mesen und stehen mit ihren zugeordneten Leiterbahnen 20 in Verbindung, um an die p-Zonen 18 Spannungen anlegen zu können. Weiterhin sind (siehe Fig. 1) Metallschichten 14 vorgesehen, um einen Ohmschen Kontakt zur η-Schicht herzustellen. Das beschriebene Wiedergabeplättchen ist lediglich beispielhaft, und zahlreiche andere Wiedergabeplättchen-Typen können verwendet werden. Beispielsweise kann das Wiedergabebauelement ein I6stäbiges Format zur Darstellung alphanumerischer Zeichen umfassen. Weiterhin kann eine Planar- statt einer Mesastruktur vorgesehen sein, bei der die Segemente durch die Elektroden selbst oder durch eindiffundierte Übergänge definiert sind.
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Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß eine Hilfsmetallisierung, wie die Leiterbahn 13 auf dem transparenten Substrat 12 vorgesehen ist. Der Spalt zwischen der Metallisierung auf dem Plättchen und dem Substrat wird von leitendem Material, im dargestellten Fall beispielsweise durch die Lötstelle 21, überbrückt. Die Metallisierung 13 erstreckt sich über die Kanten des Substrates zu Anschlußzwecken hinaus. Alternativ kann die Metallisierung auf dem Substrat in Form von Verschweißungstüpfelchen endigen, so daß die äußeren Anschlüsse durch Zapfen- oder Drahtverschweissungen hergestellt werden können.
Das Verfahren zur Herstellung dieses WMergabebauelementes sei nun anhand der Fig. 2A - 2D erläutert, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 bezeichnet sind. In das Substrat 12 wird eine Vertiefung 15 eingeformt (Fig. 2A). Da das Substrat zweckmäßig aus transparentem Glas oder Kunststoff hergestellt wird, kann die Vertiefung bei der Herstellung des Substrates zugleich mit ausgeformt werden. Alternativ kann die Vertiefung nach üblichen Warmpreß- oder photolithographischen Ätzmethoden hergestellt werden. Falls gewünscht, kann, wie dargestellt, eine halbkügelförmige Linse 22 auf der anderen Substratseite gegenüber der Vertiefung vorgesehen werden, um eine Vergrößerung der Wiedergabe zu erhalten. Auch die Linse 22 kann zusammen mit dem Substrat ausgeformt werden. Falls gewünscht, kann
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das Substrat nicht nur als Träger für das Plättchen, sondern auch als Filterelement dienen» da im fertigen Bauelement das Plättchen durch das Substrat hindurch betrachtet wird. Sonach kann für Rotlicht oder Grünlicht emittierende Wia&ergabebauelemente das Substrat rot bzw. grün eingefärbt werden, um den erforderli·- chen Kontrast unter Umgebungslichtbedingungen zu erzeugen, was bei den meisten derzeit bekannten Wiedergabebauelementen durch ein gesondertes FilteKLement erreicht wurde.
Die Leiterbahnen, beispielsweise die Leiterbahn 13, werden nach üblichen Methoden auf dem Substrat niedergeschlagen \ beispielsweise durch Verdampfung heißer Drähtchen, und werden so dicht wie möglich bis zum Rand der Vertiefung herangeführt. Die Metallisierung ist üblicherweise aus Gold aufgebaut, aber auch andere Leiter können im Einzelfall benutzt werden. Auch kann die Goldschicht von eine? zusätzlichen Metallschicht bedeckt sein, die vom benutzten Lot leicht benetzt wird. Zu diesem Zweck hat sich Zinn als geeignet erwiesen, aber auch andere Metalle, wie Nickel und Silber würden sich hierzu eignen.
Pas komplettierte Wiedergabeplättchen wird (siehe Fig, 2B) mit dem "Gesicht" nach unten, d\ h. mit der lichtemittierenden Oberlache nach unten und mit der metallisierten Oberfläche- nach oben, in der Vertiefung angeordnet. Das Plättchen ist bereits mit seiner
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Metallisierung versehen, die wiederum nach üblichen Methoden, beispielsweise durch Verdampfen feiner Drähtchen, hergestellt wurde. Die Vertiefung im Substrat hat eine solche Tiefe, daß die Metallisierung auf dem Plättchen und die Metallisierung auf dem Substrat an den gegenüberstehenden Rändern in der gleichen Ebene liegen, d. h. koplanar sind. Das Plättchen ist des weiteren auch so angeordnet, daß die Leiterbahnen des Plättchens mit den zugeordneten Leiterbahnen auf dem Substrat ausgerichtet sind (Fig. 1). Das Plättchen ist in der Vertiefung des Substrates mit einem Tröpfchen klaren Klebstoffes, z. B. eines druckempfindlichen Alpha-cyanoacrylat-Klebstoffes, befestigt.
Normalerweise sind die Metallisierungen von Plättchen und Substrat durch einen kleinen Spalt voneinander getrennt. Dieser Spalt kann beispielsweise in einem Wellenrückfließ-Lötverfahren überbrückt werden. Zunächst wird (siehe Fig. 2C) eine Photolackschicht 25 auf der metallisierten Oberfläche von Plättchen und Substrat unter Freilassen jener Gebiete aufgebracht, wo die Leiterbrücken gewünscht sind. Das Bauelement kann dann in eine Rückfließ-Lötapparatur der in Fig. 3 schematisch dargestellten Art verbracht werden. Die Bauelemente, dargestellt durch die Blöcke 26, werden an einem Transportgurt 27 befestigt, der dazu dient, die Bauelemente über ein flüssiges Lot 28 enthaltendes Bad hinweg zu transportieren. Als Lot wird vorliegend ein Metall oder eine Metallegierung bezeichnet, die im aufgeschmolzenen Zu-
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stand zur Verbindung metallischer Oberflächen verwendet werden kann. Das Lot ist üblicherweise eine Legierung von Zinn und Blei in sich ändernden Anteilen. Ein Beispiel für diesen Zweck ist eine Legierung von drei Teilen Zinn und zwei Teilen Blei. Eine Schwingeinrichtung, beispielsweise der Schwingstab 29, erzeugt in dem Bad Wellen, so daß die Oberfläche der Bauelemente periodisch von den Lot-Wellen bei ihrem Vorbeilaufen gestreift werden. Auf diese Weise werden die freiliegenden Metalloberflächen benetzt. Wegen der im schmelzflüssigen Lot vorhandenen Oberflächenspannung führt die Benetzung der freiliegenden Metallflächen zur Bildung einer leitenden Brücke über dem Spalt. Man erhält also nach diesem LötpKzeß und nach Entfernen der Photolackschicht das im Schnitt in Fig. 2D und in Draufsicht in Fig. 1 dargestellte Wiedergabebauelement.
Nach Herstellung der Anschlüsse, kann das Bauelement weiter verarbeitet werden, indem nach üblichen Methoden ein verkapselnder Kunststoffüberzug aufgebracht wird, um das Wiedergabebauelement vor Umgebungseinflüssen zu schützen.
Wie erwähnt, kann die Oberflächenspannung zur Erzeugung einer leitenden Brücke zwischen zwei Metallisierungen verwendet werden. Die Breite des Spaltes zwischen der Plättchen- und der Substratmetallisierung, ebenso auch die Breite der Metallisierungen
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selber sind daher wichtige Faktoren zum Erhalt einer vernünftigen Oberflächenspannung. Es wird angenommen, daß optimale Bedingungen bei einem Abstand zwischen den Metallisierungen von 50 um oder darunter und einer Metallisierungsbreite von wenigstens 200 um vorhanden sind. Im allgemeinen kann der Abstand im Bereich von etwa 25 bis 75 um (1 bis 3 Mil) liegen, während die Breite der Leiterbahnen im Bereich von etwa 150 bis 300 um (= 6 bis 12 Mil) für adäquate Ergebnisse liegen kann.
Die Leiterbrücke kann auch nach anderen als der beschriebenen Lötmittel-Wellenrückfließmethode erzeugt werden. Beispielsweise könnte bei aufgebrachtem Photolack das schmelzflüssige Lot über die Oberfläche geschüttet werden. Weiterhin könnten die Spalte überbrückt werden, indem einfach ein leitendes Epoxy-Harz an den gewünschten Gebieten mit Hilfe einer üblichen Aufstreichapparatur aufgebracht werden. Eine Klasse brauchbarer Epoxy-Harze sind die üblichen Glycidäther-Epoxy-Harze, die mit Silber oder Gold als Füllmaterial versetzt sind. Außerdem könnten Dielektrika, wie SiO t anstelle des Photolackes als Masken benutzt werden.
Bei einer alternativen Ausführungsform, bei der keine Lot- oder Epoxy-Brücken erforderlich sind, ist in Fig. 4A - 4B dargestellt. Auch hier sind entsprechende Teile mit entsprechenden Bezugsziffern versehen. Wie vorhin, wird eine Vertiefung in ein transparentes Substrat 12 eingeformt, und das WJsdergabebauelement 10
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hierin eingesetzt, so daß die Ränder von Plättchen und Substrat im wesentlichen koplanar zueinander sind. Bei diesem Beispiel sind jedoch, obgleich die Elektroden 11 schon niedergeschlagen worden sind, die Leiterbahnen auf Plättchen und Substrat noch nicht erzeugt worden. Das Plättchen wird in der Vertiefung mit einem Klebstoff 30, beispielsweise einem anhydridisch ausgehärteten transparenten zykloaliphatischen Epoxy-Harz befestigt, das den Spalt vollständig ausfüllt und eine kontinuierliche Brücke zwischen Plättchen und Substrat bildet. Danach werden nach üblichen Metallaufdampf- oder -zerstäbungsmethoden kontinuierliche Metalleiterbahnen 32 erzeugt, die über Plättchen und Substrat verlaufen, um für die zugeordneten Plättchenelektroden die erforderlichen Anschlüsse nach außen bereitzustellen (Fig. 4B).
Das Verfahren ist vorstehend anhand der Montage eines einzelnen Wiedergabeplättchens erfolgt. Andererseits kann ein Substrat mehrere solcher Plättchen umfassen, die nebeneinander angeordnet sind und zur Wiedergabe einer Zeichen-Zeile (z. B. einer mehrstelligen Zahl) vorgesehen sind. Außerdem kann das Substrat die für die Ansteuerung und Vorspannung des Wiedergabefeldes erforderliche Logikschaltung aufnehmen. In der Praxis kann die Logikschaltung, die üblicherweise ein oder mehrere Siliciumplättchen mit hierin integrierten Schaltungen umfaßt, in Vertiefungen des Sübtrates untergebracht und mit den Wiedergabeplätt-
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? -S 4 8 1 ? ?
chen mit Hilfe einer entsprechenden Substratmetallisierung ähnlich wie der für die Wiedergabeplättchen beschriebenen verbunden werden.
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Claims (9)

  1. .43- ? R 4 8 1 ?
    BLUMBACH . WESER . BERGEN · KRAMER ZWIRNER . HIRSCH
    PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN
    Postadresse München: Patentconsult 8 München 60 RadedcestraOe 43 Telefon (089)883603/883604 Telex 05-212313 Postadresse Wiesbaden: Patentconsult 62 Wiesbaden Sonnenberger Straße 43 Telefon (06121)562943/561998 Telex 04-186237
    Western Electric Company, Inc. Kuhn 9-3
    Patentansprüche
    ( 1. !Verfahren zum Herstellen eines einheitlichen Bauelementes aus einem eine erste Gruppe von Leiterbahnen aufweisenden HaIbleiterplättchen und einem Substrat, durch Einbringen einer Vertiefung in das Substrat, Erzeugen einer zweiten Gruppe von Leiterbahnen auf der Oberfläche des Substrates, Befestigen des Halbleiterplättchens in der Vertiefung derart, daß die auf diesem befindlichen Leiterbahnen im wesentlichen mit den auf dem Substrat befindlichen zugeordneten Leiterbahnen unter Einhaltung eines Abstandes hierzwischen ausgerichtet sind, und elektrisches Verbinden der zugeordneten Leiterbahnen von Plättchen und Substrat,
    dadurch gekennzeichnet ,
    809820/072 3'
    München: Kramer - Dr.Weser · Hirsch — Wiesbaden: Blumbach · Dr. Bergen · Zwirner
    7548122
    daß die Leiterbahnen auf dem Substrat als sich bis zum Rand der Vertiefung erstreckend, hergestellt werden, daß die zugeordneten Leiterbahnen von Plättchen und Substrat an deren Rändern koplanar zueinander ausgerichtet werden und daß die elektrische Verbindung der zugeordneten Leiterbahnen über den Spalt hinweg durch Erzeugen von Leiterbrücken aus einem Material bewerkstelligt wird, das von dem der Leiterbahnen verschieden ist.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt zwischen zugeordneten Leiterbahnen der beiden Leiterbahnengruppen in einer Breite hergestellt wird, die im wesentlichen im Bereich von etwa 25 bis 75 um (= 1 bis 3 Mil) liegt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Leiterbahnen an den Rändern des Spaltes in einer Breite hergestellt werden, die im wesentlichen im Bereich von etwa 150 bis 300 pm (== 6 bis 12 Mil) liegt.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbrücken durch Benetzen der Leiterbahnen an den Rändern des Spaltes mit einem schmelzflüssigen Lot erzeugt werden.
    609820/0723
    ? R 4 8 1 7 2
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Leiterbrücken durch Niederschlagen von leitendem Epoxy-Harz auf den Leiterbahnen an den Rändern des Spaltes erzeugt werden.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem für das Halbleiterplättchen ein lichtemittierendes Wiedergabebauelement und ein isolierendes, transparentes Substrat verwendet werden, dadurch gekennzeichnet , daß das
    ' Plättchen in der Vertiefung mit der lichtemittierenden Oberfläche zum Boden der Vertiefung hinweisend befestigt wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat eingefärbt wird, um einen Kontrastfilter für das vom Wiedergabeelement emittierte Licht zu erzeugen.
  8. 8. Verfahren nach Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet , daß eine halbkugelförmige Linse auf der Oberfläche des Substrates gegenüber der Vertiefung erzeugt wird, um eine Vergrößerung der Wiedergabe zu erreichen.
  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß das Wiedergabe-Plättchen in
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    2548172
    der Vertiefung mit einem Klebstoff derart befestigt wird, daß der Klebstoff den Spalt zwischen Plättchen und Substrat vollständig ausfüllt.
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DE19752548122 1974-10-31 1975-10-28 Verfahren zum herstellen eines einheitlichen bauelementes aus einem halbleiterplaettchen und einem substrat Withdrawn DE2548122A1 (de)

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