DE7513490U - Haltevorrichtung - Google Patents
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Description
32/75 P/DP
BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)
Verfahren zum Aufbringen von Glasuren auf die Oberfläche
vcn Halbleiter-Aktivteilen, Haltevorrichtung zur Ausführung des Verfahrens und dessen Anwendung zum Passivieren von
PN-Uebergangen
Zur "Passivierung" der empfindlichen Oberfläche von Halbleiter-Aktivteilen
dienen heute vielfach Glasuren aus aufgeschmolzenem
Glaspulver. Verwendet werden speziell fMr diesen Anwendungszweck entwickelte Glassorten mit besonders
guten elektrischen Isolationseigenschaften, guter chemischer Verträglichkeit mit den Halbleitermaterialien und mit einer
dem Halbleitermaterial angepassten Wärmeausdehnung.
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Zum Aufbringen der Glasur wird das Glaspulver mit einem flüssigen Bindemittel, welches sich rückstandsfrei verbrennen
lässt, gemischt, die Mischung dann auf das Aktivteil durch Spachteln, Pinseln, Spritzen, Schleudern oder
Siebdruck aufgetragen, das Bindemittel verbrannt und die Glasteilchen verschmolzen.
Bei einer weiteren Aufbringungsmethode wird das Glaspulver in einer Suspensionsflüssigkeit suspendiert, auf dem Aktivteil
durch Sedimentation (W.A. Pliskin und E.E. Conrad: Techniques for Obtaining Uniform Thin Glass Films on Substrates,
in: Electrochemical Technology, Vol. 2 (1964), S. 196 ff) oder Elektrophorese (K. Miwa u.a.: Glass Passivation of
Silicon Cevices by Electrophoresis, in: Denki Kagaku, Vol. HO (1972), S. 1+78 ff) abgeschieden und verschmolzen.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und genau arbeitendes Verfahren anzugeben, das zum Auftragen
von Glasuren auf beliebig geformte Halbleiter-Aktivteile geeignet ist, das eine gleichmässige Bedeckung der Mantelflächen
dieser Aktivteile gewährleistet, bei dem keine Verunreinigung oder chemischen Angriffe der zu passivierenden Oberfläche
durch Binde-oder Suspensionsmittel erfolgen können und bei dem die bei der Elektrophorese notwendige Beherrschung
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komplexer elektrochemischer Vorgänge in den Suspensionen und
an der Halbleiteroberfläche entfällt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass trockenes
Glaspulver elektrostatisch auf die Oberfläche des Halbleiter-Aktivteiles aufgesprüht und anschliessend verschmolzen wird.
Die Haltevorrichtung zur Ausführung des Verfahrens ist erfindungsgemäss
dadurch gekennzeichnet, dass die zu beschichtenden Halbleiter-Aktivteile jeweils zwischen zwei Haltebacken aus
Isolierstoff angeordnet sind, dass die Haltebacken Permanentmagnete enthalten, die derart angeordnet sind, dass sie zwar
mit den Halbleiter-Aktivteilen in elektrisch leitender Verbindung stehen, selbst aber durch den Isolierstoff gegen elektrostatisches
Beschichten mit Glaspulver abgeschirmt sind und dass mindestens ein mit den Halbleiter-Aktivteilen in Berührung
stehender Permanentmagnet mit einem Pol einer Spannungsquelle verbunden ist, die die zwischen den Halbleiter-Aktivteilen und
der Sprühpistole liegende Spannung erzeugt.
Das elektrostatische Beschichten funktioniert nur dann gut, wenn das aufzubringende Pulver gute Pliesseigenschaften, d.h.
nicht zu grosse Agglomerationsneigung hat. Nur in diesem Fall ist nach dem Besprühen auch eine gleichmässige Verteilung und
dichte Packung der Stoffpartikel zu erwarten. (T.Vasilos and
W.Rhodes: "Fine Particulates to Ultrafine-Grain Ceramics";
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32/75
in: J.J.Burke, N.L.Reed, V Weiss (editors): "Ultrafine-Grain
Ceramics"; Syracuse University Press, New York 1970).
Von uns durchgeführte Vorversuehe hüben gezeigt, üuaa die zur
Herstellung von Glasuren verwendeten trockenen Glaspulver ausgesprochen schlechte Fliesseigenschaften aufweisen. Aus diesem
Grund erschien ein elektrostatisches Beschichten mit derartigen Glaspulvern zunächst nicht sinnvoll.
Trotz der - von Pulvertechnologen vorgebrachten - Bedenken, ergaben nun weitere eigene Untersuchungen, dass sich bei geeigneter
Körnung des Glaspulvers trockene Pulverschichten ausreichender Dichte und Gleichmässigkeit auf die Oberfläche der
Haibleiter-Aktivteile elektrostatisch aufbringen lassen. Je gröber die Körnung ist, um so besser fliessen die Pulver
(B.H. Kaye and M.R. Jackson: "On the Problems of Characterizing
Fine Powders": in: J.J. Burke, N.L. Reed, V.Weiss (editors):
"Ultrafine-Grain Ceramics"; Syracuse University Press, New 1jrk
1970) und um so gleichmässiger ist die Beschichtung. Allerdings
ist durch die maximale Schichtdicke auch der Körnung eine Grenze gesetzt. Denn einerseits soll zwar die Glasdieke aus Gründen der
elektrischen Stabilität möglichst gross sein, andererseits aber darf die Glasdieke nicht so gross sein, dass durch die verbleibende
Abweichung der Wä'rmeausdehnung von Glas und Halbleitermaterial nach dem Verschmelzen zu grosse mechanische Spannungen
entstehen. Die maximal zulässige Glasdieke variiert zwischen den verschiedenen erhältlichen Glassorten zwischen etwa 5 A-im und
30 um. Entsprechend ist die maximale
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Korngrösse der Glasteilchen kleiner als 5 ,um bzw. 30 .um
zu wählen.
Ein wesentlicher Vorteil des neuen Verfahrens gegenüber dem
Bekannten ist seine hervorragende Eignung zum Aufbringen von gleichmäs"igen Glasschichten auf Kanten und Ecken, wie sie
bei kompliziert geformten Berandungen von grösseren Einzelelementen
auftreten.
Schliesslich ist mit dem neuen Verfahren eine allseitige
Beschichtung auch von mehreren Halbleiter-Aktivteilen in einem Arbeitsgang möglich.
Das neue Verfahren hat sich besonders gut bei der Herstellung von Halbleiter-Aktivteilen mit einseitig oder doppelseitig
abgeschrägten Mantelflächen, wie sie beispielsweise bei Dioden und Thyristoren zur Gewährleistung der Spannungsbelastbarkeit der PN-Uebergänge (DT-PS 1 297 23H) verwendet
werden, bewährt.
! Anhand der nachstehenden Figuren wird die Erfindung beispielsweise
erläutert:
Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung zum
elektrostatischen Besprühen eines Halbleiter-Aktivteiles,
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Fig. 2a bis 2c die verschiedenen Schritte des neuen Verfahrens, die zum Aufbringen von Glasuren auf die Oberfläche von
Halbleiter-Aktivteilen, erforderlich sind,
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer Haltevorrichtung
zur Beschichtung der Randzonen von grösseren Halbleiter-Aktivteilen, und
Fig. 4a bis 4c Querschnitte durch verschiedenartige Randzonen
von Halbleiter-Aktivteilen, die mit einer Glasur nach dem neuen Verfahrer versehen sind.
In Fig. 1 ist mit 1 eine an sich bekannte Sprühpistole (K. Heberlein: Der elektrostatische Auftrag von Glasur auf Porzellan
und Keramik, in: Berichte der Deutschen Keramischen Gesellschaft 49 (1972), S.: 59 ff) bezeichnet, die mit einer
Metalldüse 2 versehen ist. Zwischen dem zu besprühenden Halbleiter-Aktivteil 3 und der Metalldüse liegt eine Spannung U.
Die Glaspulverteilchen gelangen mittels Druckluft (bzw. mit Hilfe eines gereinigten Gases, etwa Stickstoff) durch ein
Rohr 4 zunächst in die Sprühpistole 1 und werden beim Durchtritt durch die Metalldüse 2 aufgeladen. Beim Austritt aus
der Metalldüse 2 gehorchen sie den durch die Spannung U hervorgerufenen elektrischen Feldlinien zwischen der Metalldüse
und dem beispielsweise positiv geerdeten zu beschichtenden
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Halbleiter-Aktivteil 3. Durch ein zweiten Rohr 5 wird der Sprühpistole ein zweiter Gasstrom, beispielsweise ebenfalls
Stickstoff, zugeführt, womit erreicht wird, dass die Glasteilchen nicht axial, sondern radial zerstaubt werden. Die
Spannung U kann beiwpielsweise zwischen 50 und 100 kV liegen.
Fig. 2a zeigt ein zu beschichtendes Halbleiter-Aktivteil mit einer* PNP-Struktur. Nach dem elektrostatischen Besprühen ergibt
sich eine annähernd gleichmässige Beschichtung des ganzen Aktivteiles (Fig. 2b). Aufgrund der grösseren Feldstärke an
den Rändern des Halbleiter-Aktivteiles ist sowohl auf diesen Rändern, als auch auf den -im Verhältnis zur gesamten Halbleiter-Oberfläche
schmalen- Mantelflächen 6,6' die Glaspulverschicht 7 besonders dicht und etwas dicker als an den restlichen
Gebieten des Aktivteiles.
Als Glaspulver eignen sich praktisch alle Sorten, die auch bei den herkömmlichen Verfahren verwendet werden. Allerdings
müssen stark hygroskopische Glasrsorten vor dem Versprühen durch Ausheizen getrocknet werden, weil es sonst zu Klumpenbildungen
auf der zu beschichtenden Halbleiter-Oberfläche kommen kann. Die Körnung des verwendeten Glaspulvers richtet sich
im wesentlichen nach der Schichtdicke und sollte möglichst gross gewählt werden.
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Pig. 2c stellt das Halbleiter-Aktivteil nach dem Verschmelzen
dar. Die Glasurschicht ist hierbei mit 7' bezeichnet« Die Schmelztemperatur hängt von der verwendeten Glassorte ab und
muss unterhalb den Temperaturen, bei denen die Diffusionen dun geführt werden, liegen. So betrug beispielsweise bei dem
im Handel unter dem Namen Schott 858I erhältlichen Glaspulver die Schmelztemperatur, 68O C.
In Pig. 3 ist eine vorzugsweise zum Herstellen von Glasuren auf den Mantelflächen 6,6' von Halbleiter-Aktivteilen verwendete
Halterung wiedergegeben:
Die zu beschichtenden Halbleiter-Aktivteile 3 befinden sich jeweils zwischen zwei Haltebacken 8,8',8", die sowohl die
Aktivteile 3 halten, als auch die nicht mit Glaspulver zu beschichtenden Gebiete dieser Aktivteile abdecken. Die Haltebacken
8,8',8", bestehen aus einem Isolierstoff, beispielsweise
Teflon, und enthalten jeweils Permanentmagnete 9,9',9",
die die Backen 8,8',8", zusammenklemmen.
Die Permanentmagnete 9»9'>9"} sind in die Haltebacken 8,8',8",
derart eingelassen, dass sie zwar mit den Halbleiteraktivteile 3, elektrisch leitend verbunden sind, dass aber ein elektrostatisches
Beschichten mit Glaspulver nicht erfolgen kann; da sich sonst an diesen Stellen sofort eine dicke Glaspulver-
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schicht bilden würde. Die Glasteilchen, die dagegen auf der nun TaolioriJtolT bestehenden Mantelfläche der Haltebacken
8,8',8" haften, besitzen ihr ursprüngliches Potential und wirken deshalb auf weitere ankommende Glasteilchen stark abstossend.
Der Magnet 9 ist über eine elektrische Verbindung 10 mit dem
einen Pol der Spannungsquelle U (Fig. 1) verbunden. Das mit diesem Magnet 9 in Berührung stehende Halbleiter-Aktivteil wei:
demnach ebenfalls das Potential dieses Pols auf. Die weiteren Magnete 9' stellen die elektrische Verbindung zu den anderen
Halbleiter-Aktivteilen her. Der Magnet 9" der Haltebacke 8" des letzten Aktivteiles braucnt deshalb nicht mehr mit diesem
Aktivteil in leitender Verbindung zu stehen und wird vorzugsweise vollständig von der Haltebacke 8" eingeschlossen. Sofern
mehr als drei Halbleiter-Aktivteile besprüht werden sollen, ist zur Kontaktierung dieser Aktivteile die Haltebacke 8"
durch eine Haltebacke 8' zu ersetzen.
Während des Beschichtens wird der gesamte Stapel, bestehend
aus Halbleiter-Aktivteilen und Haltebacken, langsam um seine Längsachse ged
Das neue Verfahren ist nicht nur auf das in den Figuren 2a bis 2c dargestellte Halbleiter-Aktivtei] mit Mantelflächen,
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die einen doppelt negativen Winkel aufweisen beschränkt. Es ist, wie den Figuren 4a bis 4c zu entnehmen ist beispielsweise
ebenfalls zur Abdeckung der freiliegenden PN-Uebergänge
von Aktivteilen mit Mantelflächen die einen einfach negativen (Fig. 4a), einfach negativen/einfach positiven (Fig.4b)
und doppelt positiven (Fig. 4c) Winkel aufweisen, anwendbar.
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Claims (2)
1. Haltebacke einer Haltevorrichtung zum Aufbringen von Glasuren auf die Oberfläche von Halbleiter-Aktivteilen,
gekennzeichnet durch einen aus Isolierstoff bestehenden Isolierkörper, in ,den ein durch den Isolierstoff gegen
elektro-statisches Beschichten mit Glaspulver abgeschirmter Permanentmagnet (9*9**9") zum Pesthalten und
zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zu mindestens einem Halbleiter-Aktivteil eingelassen
ist.
2. Haltebacke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierkörper aus Teflon ist.
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