Pierwszenstwo: Opublikowano: 24.10.1969 (P. 136 480) 28.10.1968 dla zastrz. 1—5, 11 16.05.1969 dla zastrz. 6—10 Wielka Brytania 18.03.1974 69609 KI. 21g,H/02 MKP H011 7/64 Twórca wynalazku: Dennis George Goodman Wlasciciel patentu: Joseph Lucas (Industries) Limited, Birmingham (Wielka Brytania) Sposób wytwarzania przyrzadu pólprzewodnikowego Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarza¬ nia przyrzadu pólprzewodnikowego.Dotychczas przyrzady pólprzewodnikowe, na przyklad diody otrzymuje sie w ten sposób, ze po wytworzeniu pólprzewodnikowej plytki z przynaj¬ mniej jednym obszarem typu p i przynajmniej jednym obszarem typu n dzieli sie ja na czesci, z których kazda stanowi oddzielna diode.Dioda taka zostaje nastepnie zamknieta w obu¬ dowie, co stanowi ostatni etap jej produkcji.Wada tego sposobu jest to, ze wytworzone przez podzial plytki diody maja zlacza p-n odsloniete az do momentu zamkniecia ich w obudowie w ostat¬ nim etapie produkcji. Na skutek zanieczyszczenia zlacza typowy uzysk przy produkcji takich diod wynosi okolo 50% dobrych diod, a pozostala ich ilosc jest odrzucana.Celem wynalazku jest opracowanie takiego spo¬ sobu wytwarzania przyrzadu pólprzewodnikowego ze zlaczem p-n chronionym przed wplywem oto¬ czenia, zwlaszcza w czasie trwania tego procesu, który zapewnilby wiekszy uzysk przy produkcji tych przyrzadów oraz ulatwilby manipulowanie plytka pólprzewodnikowa.Cel ten osiagnieto zgodnie ze sposobem wedlug wynalazku, który polega na tym, ze po wytworze¬ niu pólprzewodnikowej plytki z przynajmniej jed¬ nym obszarem typu p i przynajmniej jednym ob¬ szarem typu n mocuje sie ja do podloza warstwa 2 materialu odpornego na dzialanie roztworu tra¬ wiacego, na przyklad wosku.Nastepnie materialem tym pokrywa sie oddziel¬ nie odsloniete obszary powierzchni plytki, po czym 6 dzieli sie ja na czesci, z których kazda stanowi oddzielny przyrzad pólprzewodnikowy, oddzielo¬ ny od innych przyrzadów szczelinami, w których zostaja odsloniete zlacza p-n. Szczeliny wytwa¬ rza sie przez wytrawianie plytki w roztworze io trawiacym, niedzialajacym na material pokrywa¬ jacy oddzielnie obszary plytki i na material mo¬ cujacy plytke do podloza. Otrzymane w ten spo¬ sób oddzielne przyrzady pólprzewodnikowe sa na¬ dal przymocowane do podloza. W szczeliny te 15 wlewa sie utwardzalne tworzywo chroniace zlacza p-n, które to tworzywo utwardza sie w celu ut¬ worzenia na zlaczach warstwy ochronnej, po czym material mocujacy poszczególne przyrzady do pod¬ loza i pokrywajacy ich powierzchnie górne usuwa 20 sie. Zgodnie z odmiana opisanego wyzej sposobu, po wytworzeniu plytki pólprzewodnikowej z przy¬ najmniej jednym obszarem typu n i przynajmniej jednym obszarem typu p, umieszcza sie ja na podlozu, po czym dzieli sie ja na czesci, które 25 maja byc przyrzadami pólprzewodnikowymi. Pomie¬ dzy poszczególnymi przyrzadami wytwarza sie szczeliny, w których zostaja odsloniete zlacza p-n.Nastepnie w szczeliny te nalewa sie utwardzalne tworzywo, po czym to tworzywo utwardza sie tak, 90 aby uzyskac ochronna membrane laczaca wew- 69 60969 3 netrznie poszczególne przyrzady, ulatwiajaca ma¬ nipulowanie plytka.Przedmiot wynalazku jest omówiony na podsta¬ wie rysunku, na którym fig. 1 — 5 przedstawiaja piec kolejnych etapów wytwarzania diody sposo¬ bem wedlug wynalazku, fig. 6 przedstawia diode z fig. 3 w widoku z góry, fig. 7 — 12 przedsta¬ wiaja szesc kolejnych etapów wytwarzania diody wedlug odmiany sposobu wedlug wynalazku, fig. 13 przedstawia diode z fig. 9 w widoku z góry.Plytka 10 z krzemu o przewodnictwie p lub n poddana zostaje znanemu procesowi dyfuzji do¬ mieszek w celu utworzenia zlacza p — n (fig. 2).Po utworzenu zlacza p — n na powierzchni plytki osadza sie warstwy metalu (nie pokazane), któ¬ rych zadaniem jest ulatwienie przylaczenia wy¬ prowadzen do wytwarzanej diody. Plytke 10 na¬ stepnie mocuje sie do szklanego lub ceramicznego podloza 11 za pomoca cienkiej warstwy 12 wos¬ kuja na wierzchu plytki 10 umieszcza sie stalowa maske (nie pokazana) z wieloma prostokatnymi otworami i przez maske te natryskuje sie na plyt¬ ke roztwór wosku. Wosk przywiera do plytki tak, ze po usunieciu maski na powierzchni plytki po¬ zostaja prostokatne obszary 13 woskowego pokry¬ cia (fig. 3).Podloze 11, na którym umieszczona jest plytka 10 zanurza sie nastepnie w roztworze trawiacym, który wytrawia obszary plytki 10 pomiedzy ob¬ szarami 13 woskowego pokrycia (fig. 4). Wosk za¬ stosowany do mocowania plytki 10 do podloza 11 i wosk pokrywajacy wierzch plytki w obszarach 13 nie podlega trawieniu tym roztworem. Oczy¬ wiscie stosowane byc moga inne, niz wosk ma¬ terialy odporne na dzialanie roztworu trawiacego.Po wytrawieniu niepokrytych woskiem obszarów plytki 10 podloze 11 wyjmuje sie z roztworu tra¬ wiacego, myje sie i suszy. W wyniku tego na pod¬ lozu 11 otrzymuje sie prostokatne diody p-n 15 oddzielone od siebie szczelinami 14, przy czym diody te sa nadal zlaczone za pomoca podloza 11.Nastepnie na podloze 11 nalewa sie roztwór za¬ wierajacy okolo 5% zywicy silikonowej, kataliza¬ tor, na przyklad octan cynku i nosnik lotny, w ten sposób, aby roztwór ten przedostal sie w szczeliny 14 pomiedzy diodami 15. Gdy wytrawio¬ ne, odsloniete brzegi 16 diod 15 zostana pokryte tym roztworem, podloze poddaje sie dzialaniu strumienia cieplego powietrza, przez co lotny nos¬ nik odparowuje, pozostawiajac zywice i kataliza¬ tor. Podloze umieszcza sie w piecu w temperatu¬ rze 105—115°C na 48 godzin, przez co zywica sili¬ konowa zostaje utwardzona i tworzy ochronna war¬ stwe 17 na uprzednio odslonietych brzegach 16 diod 15.Po utwardzeniu warstwy 17, podloze wyjmuje sie z pieca i myje sie je w rozpuszczalniku, na przyklad trójchloroetylenie, który rozpuszcza po¬ krycie woskowe z obu stron diody 15, lecz nie narusza warstwy 17.Po rozpuszczeniu wosku, diody 15 sa oddzielone od podloza 11, po czym umieszcza sie je w piecu na czas wystarczajacy do calkowitego utwardzenia warstw 17, po czym diody sa gotowe do spraw¬ dzenia. 609 4 Korzystnym nosnikiem lotnym sa alkohol i ke¬ ton. Korzystna zywica silikonowa jest zywica o wzorze 1, gdzie R jest grupa metylowa. Zywica ta daje w opisanym przykladzie zastosowania naj- 5 lepsze rezultaty, poniewaz po utwardzeniu nie pod¬ lega dzialaniu rozpuszczalnika stosowanego do roz¬ puszczania wosku, wytrzymuje temperature wy¬ stepujaca przy lutowaniu wyprowadzen i nie pod¬ lega uszkodzeniom mechanicznym w czasie dalszej 10 obróbki diod.Wymagania odnosnie zywicy beda sie jednak zmieniac zaleznie od konkretnego zastosowania.Przykladowo, diody 15 mozna umiescic na pod¬ lozu sprezystym i obrysowan, po czym podloze 15 rozciaga sie w celu rozdzielenia diod, które pozo¬ staja jednak nadal na podlozu z tym, ze zostaja rozdzielone szczelinami. Stosowana w tym przy¬ kladzie zywica nie musi \ byc odporna na dzialanie rozpuszczalnika, poniewaz nie stosuje sie tu wosku. 20 W niektórych przypadkach lutowanie mozna przeprowadzac przy niskiej temperaturze. Wytrzy¬ malosc temperaturowa zywicy nie jest wówczas tak krytyczna. Ponadto, w niektórych przypad¬ kach diode zamyka sie w obudowie po wykona- 25 niu kontaktów, a wówczas uszkodzenie warstwy ochronnej w czasie lutowania nie stanowi prob¬ lemu, poniewaz warstwe ta zastepuje material oslony. Stwierdzono, ze najlepsze wyniki uzyskuje sie, gdy zywica silikonowa na wzór strukturalny 1 30 lub 2, lub jest mieszanina tych zwiazków gdzie R jest grupa alkilowa, lub arylowa. W przypad¬ ku grupy arylowej najkorzystniejszy jest fe¬ nyl, a w przypadku grupy alkilowej CnH2n+i ko¬ rzystnie, gdy n jest 1 do 6, przy czym najkorzyst- 35 niejszy jest metyl.Proces dyfuzji moze byc przeprowadzony tylko czesciowo w etapie przedstawionym na fig. 2, a dalsze dyfundowanie domieszek do wnetrza krze¬ mu zachodzi podczas utwardzania. 40 Mozna równiez wytrawianie szczelin przedstawio¬ ne na fig. 4 przerwac po odslonieciu zlaczy p-n, zanim nastapi calkowite usuniecie warstwy typu n. Dalej postepuje sie w sposób juz opisany z tym, ze wszystkie diody sa ze soba polaczone. Po za- 45 konczeniu obróbki diody sa rozdzielane, na przy¬ klad za pomoca laczacej warstwy typu n.W opisanym ponizej przykladzie przeprowadza¬ nie sposobu wedlug wynalazku zastosowano och¬ rone jednego lub wiecej zlaczy pojedynczego przy- 50 rzadu pólprzewodnikowego przez pokrycie kazde¬ go odslonietego zlacza warstwa utwardzonej zy¬ wicy silikonowej korzystnie takiej, jaka zasto¬ sowano w przykladzie wedlug fig. 1—6.Przedstawiona na fig. 7 plytke 20 z krzemu o 55 przewodnictwie typu p lub n poddaje sie znane¬ mu procesowi dyfuzji domieszek (fig. 8) w celu utworzenia zlacza p-n. Po utworzeniu tego zlacza na powierzchnie plytki naklada sie warstwy od¬ powiedniego metalu w celu umozliwienia póz- 60 niejszego przylaczenia wyprowadzen do wytwo¬ rzonych diod. Plytke 20 mocuje sie nastepnie do szklanego lub ceramicznego podloza 21 za pomoca cienkiej warstwy 22 wosku. W dalszym etapie na wierzchu plytki 20 umieszcza sie stalowa maske (nie pokazana) zawierajaca pewna ilosc prostokat-5 nych otworów, po czym poprzez otwory maski na¬ tryskuje sie roztwór wosku. Wosk przechodzi przez otwory maski i przywiera do plytki 20 przez co po usunieciu maski na plytce 20 pozostaja prosto¬ katne obszary 23 pokrycia woskowego (fig. 9).Podloze 21 wraz z plytka 20 zanurza sie nastep¬ nie w roztworze trawiacym, który usuwa material z obszarów plytki 20 pomiedzy obszarami masku¬ jacymi 23 (fig. 10).Wosk zastosowany do przymocowania plytki 20 do podloza 21 nie jest przez roztwór trawiony. Po wytrawieniu odslonietych obszarów plytki podlo¬ ze wraz z plytka usuwa sie z roztworu, myje sie i suszy. W wyniku tego procesu otrzymuje sie na podlozu 21 male, prostokatne diody 25, które sa oddzielone od siebie i sa pokryte z obu stron woskiem, przy czym wytrawione brzegi 26 diod 25 sa odsloniete. Oczywiscie mozna zastosowac ma¬ terialy inne niz wosk, odporne na dzialanie roz¬ tworu trawiacego.Nastepnie na plytke nalewa sie syntetyczny kauczuk silikonowy o budowie usieciowanej. Ma¬ terial ten wplywa w szczeliny 24 miedzy diodami 25. Po wypelnieniu szczelin 24 powierzchnia plytki 21 jest scierana w celu usuniecia nadmiaru kau¬ czuku, przy czym wewnatrz szczelin 24 pozostaje kauczukowa membrana 27. Plynny kauczuk jest nastepnie utwardzany, po czym calosc umieszcza sie w kapieli rozpuszczajacej wosk.Po rozpuszczeniu wosku, diody sa polaczone kauczukowa membrana 27 (fig. 12), która chroni brzegi diod 25 podczas, gdy oczyszczone powierz¬ chnie diod 25 sa pokryte warstwa metalu.Gdy jedna z diod 25 trzeba oddzielic, czesc mem¬ brany 27 oddziela sie wraz z dioda, przy czym brzegi tej diody chronione sa nadal przez oddzie¬ lona czesc membrany 27.Jezeli wyprowadzenia sa do diody przylutowane, temperature lutowania dobiera sie tak, by roz¬ lozyc kauczuk chroniacy brzegi diody, przez co jej brzegi zostaja oczyszczone i dioda jest gotowa do zamkniecia w oslonie. Kauczuk mozna równiez pozostawic na brzegach diody po zamknieciu w oslonie. Ponadto kauczuk ulatwia manipulowanie dioda bez koniecznosci chronienia zlacza p-n.Nie jest przy tym istotne, by material mem¬ brany 27 byl elastyczny i mozna równiez zasto¬ sowac material kruchy po utwardzeniu. W takim przypadku diody sa od siebie oddzielane przez la¬ manie membrany kauczukowej.Chociaz oba opisane przyklady odnosza sie do diod, wynalazek nadaje sie do zastosowania rów¬ niez w produkcji innych przyrzadów pólprzewod¬ nikowych, na przyklad tranzystorów i tyrystorów.Nalezy przy tym zwrócic uwage na to, ze w opisie okreslenia „zywica silikonowa" uzyto w sze¬ rokim sensie, obejmujac przez to równiez kauczu¬ ki silikonowe. PL