<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft eine thermische Bilddarstellungseinrichtung mit elektrisch erwärmbaren, in
Halbleitermaterial gebildeten Zonen zum Darstellen einer Information oder zur übertragung derselben auf wärmeempfmdliches Material, wobei die erwärmbaren Zonen in Form einer Matrix angeordnet sind.
Ziel der Erfindung ist die Verbesserung derartiger Vorrichtungen sowie die Vereinfachung des Verfahrens zur Herstellung solcher Vorrichtungen.
Dies wird dadurch erreicht, dass erfindungsgemäss ein Träger mit zumindest einer Durchbrechung vorgesehen ist, wobei auf der Oberfläche des Trägers mittels eines isolierenden Klebstoffes ein Muster von monokristallinen Halbleiterkörpern befestigt ist, dass in den Halbleiterkörpern, angrenzend an die
Klebstoffschicht, Heizelemente vorgesehen sind, welche mit Leitern, die in den Klebstoff eingebettet sind, verbunden sind, dass zumindest ein Teil der Leiter durch die Durchbrechung im Träger zugänglich ist und im
Bereich dieser Durchbrechung mit Anschlüssen kontaktiert ist, welche durch die Durchbrechung im Träger durchgeführt sind und dass zumindest ein weiterer Leiter an der von den Halbleiterkörpern abgewendeten Seite des Trägers angeordnet und mit diesen Anschlüssen verbunden ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung derartiger Bilddarstellungsvorrichtungen in Form einer integrierten Schaltung, wobei eine Anzahl von wahlweise erregbaren Heizelementen auf einem Träger in einem bestimmten Muster angeordnet wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass zuerst eine Mehrzahl von Schaltelementen, welche zu Heizelementen zusammengeschaltet werden, und eine Isolierschicht mit darin vorgesehenen
Durchbrechungen, welche Kontaktflächen der Schaltelemente zugänglich machen, auf der Oberfläche einer
Halbleiterscheibe gebildet werden, dass eine Leiterbahn auf der Isolierschicht gebildet wird, welches sich auch in die Durchbrechungen erstreckt, um bestimmte Schaltelemente untereinander zu verbinden und welche
Leiterbahnen von den Schaltelementen entfernt liegende Anschlusspunkte bilden,
dass ein Trennmittel auf diese
Anschlusspunkte der Leiterbahnen aufgetragen wird, dass daraufhin die Halbleiterscheibe mittels eines isolierenden Klebstoffes auf einem Träger befestigt wird, der zumindest eine Durchbrechung besitzt, wobei gesichert wird, dass die das Trennmittel tragenden Anschlusspunkte der Leiterbahnen mit diesen
Durchbrechungen fluchten, wonach das Trennmittel entfernt wird, dass durch die Durchbrechung ein
Anschlussdraht hindurchgeführt und mit den freiliegenden Anschlusspunkten der Leiterbahnen verbunden wird.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnungen erläutert, welche Ausführungsbeispiele der erfmdungsgemässen Einrichtung darstellen.
In den Zeichnungen zeigen Fig. l eine Draufsicht auf eine erfindungsgemässe Heizelementanordnung, Fig. 2 einen Teil der Unterseite der in Fig. l gezeigten Halbleiterschiebe--2--, Fig. 3 ein Zwischenprodukt, das während der Herstellung der Heizelementanordnung nach Fig. l erhalten wird, Fig. 4 ein weiteres
Zwischenprodukt, das während der Herstellung der Heizelementanordnung nach Fig. l erhalten wird, Fig. 5 einen Querschnitt nach den Linien B-B in Fig. l und Fig. 6 die Schaltung der Heizelementanordnung nach Fig. 1.
Fig. l zeigt eine Reihe von Anordnungen-3, 4--usw. von je 4 X 3 Heizelementen, über denen ein wärmeempfindliches Material angeordnet wird, das eine dynamische Bilddarstellung von Informationen ermöglicht. Eine derartige Anordnung ist in der USA-Patentschrift Nr. 3, 323, 341 (J. W. Blair u. a.) beschrieben. Dort werden thermochromatische Materialien angewendet. Man kann auch ein besonders behandeltes wärmeempfmdliches Material über die Anordnung bewegen, so dass eine bleibende Bilddarstellung von Informationen erzeugt wird.
Eine Halbleiterscheibe-2-aus monokristallinem Silizium ist auf dem isolierenden Träger-l-- angebracht, der aus jedem beliebigen Material, z. B. Keramik, Glas oder Saphir, bestehen kann. Zum Anbringen der Halbleiterscheibe --2-- auf dem Träger--l-verwendet man einen isolierenden Klebstoff mit guten Wärme- und elektrischen Isoliereigenschaften.
Als isolierenden Klebstoff kann man ein Epoxydharz verwenden, weil dieses ausgezeichnet an Silicium und beispielsweise Keramik haftet, leicht als Flüssigkeit aufgetragen und zu einem starren Feststoff ausgehärtet werden kann, frei ist von Lösungsmitteln und zu einem blasenfreien Film ausgehärtet werden kann, starr ist, aber eine gewisse Elastizität besitzt, so dass es unter physikalischen oder thermischen Spannungen keine Risse bildet, ein guter elektrischer und Wärmeisolator ist und bei Herstellungsvorgängen Temperaturen bis zu 2000C gewachsen ist.
Jedes Heizelement der Anordnung besitzt einen mesaförmigen, monokristallinen Halbleiterkörper und enthält ein Heizelement, das in der Mesa auf deren Unterseite im Bereich des Trägers-l-ausgebildet ist, so dass bei eingeschaltetem Heizelement auf der Oberseite der Mesa eine heisse Stelle vorhanden ist, die auf dem darüber angeordneten, wärmeempfindlichen Material zur Bildung eines örtlich begrenzten Punktes führt. Eine Gruppe von wahlweise eingeschalteten Heizelementen führt auf dem wärmeempfindlichen Material zur Bildung einer Gruppe von Punkten, die auf dem wärmeempfindlichen Material ein Zeichen oder eine Information bildlich darstellen.
Die die Heizelementanordnung bildenden Mesas sind voneinander luftisoliert und durch ein metallisches Verbindungsmuster miteinander verbunden, das unter den Mesas zwischen der Halbleiterscheibe --2-- und dem Träger--l--angeordnet ist, die Heizelemente der Mesas in der gewünschten Schaltung miteinander verbindet und sich auswärts bis zu Lötblöckchen erstreckt, die oberhalb der Öffnungen-9 und 10-in dem Träger--l--angeordnet sind, so dass elektrische Verbindungen von der Unterseite des Trägers--l--durch
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
wärmeempfindlichen Material entfernt.
Die luftisolierten Mesas sind elektrisch und mechanisch miteinander durch das metallisierte Muster verbunden, das von dem Epoxydharzklebstoff getragen wird, der sich zwischen der Halbleiterscheibe --2-- und dem Träger-l-befindet.
Jede Mesa enthält ein aus einer Diode und einem Widerstand bestehendes Schaltungselement. Diese
Schaltungselemente sind zu einer Matrix miteinander verbunden, die ein wahlweises Einschalten der
Schaltungselemente gestattet, so dass die im Widerstand abgegebene Leistung zur Bildung der heissen Stelle an der
Oberfläche der gewählten Mesa führt. Eine derartige Matrix ist in Fig. 6 dargestellt, in der man die
Dioden-Widerstands-Schaltungselemente erkennt, die in den Mesas-5 bis 8-angeordnet sind, und ferner die
Dioden-Widerstands-Schaltungselemente einer aus 2 X 4 Heizelementen bestehenden Anordnung dargestellt sind.
Der Widerstand--14--und die Diode--15, 16--sind in der Mesa--6--und der Widerstand-11- und die Diode-12, 13- sind in der Mesa --5-- angeordnet. Man kann daher jedes
Dioden-Widerstands-Schaltungselement einzeln und in ausgewählten Gruppen einschalten, so dass auf den
Oberflächen der Mesas heisse Stellen in jeder gewünschten Kombination gebildet werden können, damit auf dem wärmeempfindlichen Material eine Bilddarstellung der gewünschten Information erhalten wird.
Fig. 3 zeigt eine monokristalline Halbleiterscheibe --2-- aus n-Silicium. Die Dioden-Wider- stands-Schaltungselemente der Heizelemente werden von diffundierten Bereichen in der Oberfläche der Scheibe - gebildet. Eine Diode besitzt die diffundierte p-Anode-13--, die mit dem darunterliegenden n-Halbleitermaterial einen gleichrichtenden Übergang bildet. Der stark dotierte, diffundierte Bereich-12- bildet einen Oberflächenbereich zur Herstellung von ohmschen Anschlüssen an die Kathode. Eine weitere Diode besitzt die diffundierte p-Anode--16--, die mit dem darunterliegenden n-Material einen gleichrichtenden Übergang bildet, und den stark dotierten n+-Bereich der einen Oberflächenbereich für die Herstellung von ohmschen Anschlüssen an die p-Kathode bildet.
Die Widerstände werden von diffundierten p-Bereichen - 11 und 14--gebildet, die in geringem Abstand von den betreffenden Dioden gebildet sind. Die Dioden und Widerstände werden in der Oberfläche der Scheibe --2-- mit Hilfe der Planartechnik gebildet. Dabei wird auf der n-Siliciumscheibe unter Wärmeeinwirkung ein Oxydfilm mit dem gewünschten spezifischen elektrischen Widerstand gebildet, indem die Scheibe in einem Ofen einer erhöhten Temperatur ausgesetzt und ein Oxydationsmittel darübergeleitet wird. Der dabei erhaltene Siliciumdioxydfilm wirkt als ein Abdeckmittel gegen die später in die Scheibe diffundierten Verunreinigungen. In dem Oxydfilm werden Löcher erzeugt, damit danach die Widerstände und Dioden durch Diffusionsvorgänge gebildet werden können.
Diese Löcher stellen Muster der gewünschten Schaltungselemente dar und werden durch photolithographische Verfahren gebildet. Die Kontakte der Schaltungselemente und die Verbindungen zwischen ihnen werden nach ähnlichen photolithographischen Verfahren hergestellt, wobei z. B. auf dem Oxydfilm Aluminium in einem Muster aufgedampft wird, das die Dioden und Widerstände miteinander verbindet und in Lötblöckchen für die Aussenanschlüsse endet. Das Verbindungsmuster besitzt Leiterstreifen-24, 27 und 17-auf dem Oxydfilm - -26--. Bestimmte der Leiterstreifen--17--erstrecken sich beispielsweise auswärts in je ein verbreitertes Lötblöckchen. Dies ist in Fig. 2 bei (16 bis 21) dargestellt.
So endet der Leiterstreifen-17-der Fig. 3 in einem verbreiterten Lötblöckchen-17-in Fig. 2.
In dieser Phase des Verfahrens ist die Halbleiterscheibe-2-einstückig und enthält die matrixförmige Anordnung der Dioden-Widerstands-Schaltungselemente, die in dem Halbleitermaterial angeordnet und nicht voneinander isoliert, sondern miteinander durch das metallische Verbindungsmuster verbunden sind, das auf der Oberfläche des Siliciumoxydfilms--26--vorhanden ist. Dieses metallische Muster endet in einer einheitlichen Reihe von Lötblöckchen für die Aussenanschlüsse. Die Lötblöckchen fluchten mit den Öffnungen-9, 10--in dem Träger-l-, d. h., sie sind in bezug auf die Öffnungen in dem Träger derart angeordnet, dass jedes Lötblöckchen durch eine Öffnung in dem Träger zugänglich ist.
Die in Fig. 3 dargestellte Halbleiterscheibe--2--wird anschliessend umgedreht und mit Hilfe eines isolierenden Klebstoffes auf einem lichtundurchlässigen, keramischen Träger angebracht, der in Fig. l mit-l-- bezeichnet ist. Auf der Unterseite des Trägers werden Aussenanschlüsse an den Lötblöckchen angebracht.
Eines der Probleme, die auftreten, wenn die Halbleiterscheibe--2--mit Hilfe eines isolierenden
EMI2.2
Verbindung mit den Lötblöckchen verhindert.
Um diese Schwierigkeit zu vermeiden, wird auf die Lötblöckchen der Anordnung nach Fig. 3 ein Trennmittel aufgetragen, an dem der auf die in Fig. 3 gezeigte Anordnung aufgetragene Klebstoff-28-- (Fig. 4) nicht haftet. Danach kann man das Trennmittel leicht entfernen, so dass die Lötblöckchen sauber und klebstofffrei bleiben und gute elektrische Anschlüsse mit den Lötblöckchen hergestellt werden können.
Zum wahlweisen Auftragen des Trennmittels auf die Lötblöckchen wird auf die ganze Fläche der in Fig. 3 gezeigten Halbleiterscheibe --2-- eine Schicht aus einem photographischen Ätzgrund aufgetragen, in üblicher Weise in dem gewünschten Muster belichtet, entwickelt und entfernt, so dass der photographische Ätzgrund nur
<Desc/Clms Page number 3>
an den Lötblöckchen zurückbleibt und an ihnen haftet. Dies ist in Fig. 3 durch den photographishen Ätzgrund --25-- über dem verbreiterten Lötblöckchen--17--dargestellt.
EMI3.1
Danach wird die Halbleiterscheibe --2-- mit dem metallischen Verbindungsmuster, dem Siliciumoxydfilm--26--, dem photographischen Ätzgrund--25--über den Lötblöckchen--17--und dem Epoxydharz-Klebstoff umgedreht und gemäss Fig. 4 auf dem keramischen Träger--l--angeordnet, wobei der photographische Ätzgrund--25--über der Öffnung --9-- in dem Träger --1-- liegt. Jetzt wird der Epoxydharz-Klebstoff --28-- zu einem starren Feststoff getrocknet. Während der Anfangsphase des Aushärtevorganges nimmt die Viskosität des Epoxydharz-Klebstoffes beträchtlich ab, ehe die Polymerisation und Härtung beginnt.
Infolge dieser niedrigeren Viskosität kann der Epoxydharz-Klebstoff leicht fliessen, wobei er den photographischen #tzgrund --25-- nicht leicht benetzt, sondern sich von ihm fernhält, in den den photographischen Ätzgrund--25--umgebenden Bereichen sammelt und mit der Wandung der Öffnung
EMI3.2
auf übliche Weise entfernt. Die Lötblöckchen sind jetzt frei von dem Epoxydharz-Klebstoff und sauber und daher zur Herstellung einwandfreier elektrischer Anschlüsse geeignet.
Fig. 2 zeigt die Unterseite der Mesas 5 bis 8 in Fig. 1. Man erkennt das metallische Verbindungsmuster, das die Dioden-Widerstands-Schaltungselemente miteinander verbindet, sich zwischen den Mesas auswärts erstreckt und in den Lötblöckchen --16', 17 bis 21-- endet. Wie vorstehend bereits erwähnt wurde, enthält jede Mesa, beispielsweise--5--, eine Schaltung, die aus einer Diode--12, 13--und einem Widerstand--11--
EMI3.3
--12-- der8--und den andern Mesas sind ebenso ausgebildet und miteinander verbunden wie die Dioden-Widerstands-Schaltungselemente in den Mesas-5 und 6--. Mit den Dioden-Widerstands-Schaltungselementen in den Mesas--7 und 8--sind Leiterstreifen verbunden, die in verbreiterten Lötblöckchen--19 bis 21-- enden.
Die Lötblöckchen--16', 17 bis 21-- sind in einer einheitlichen Reihe oberhalb der Öffnung --9-- in dem Träger --1-- angeordnet. Gleichzeitig mit der Herstellung des metallischen Verbindungsmusters mit den Lötblöckchen--16', 17 bis 21-- wird auf der Anordnung eine Metallmarke - 22-- vorgesehen, die später in der nachstehend beschriebenen Weise zum Ausrichten verwendet wird.
Gemäss Fig. 4 wird die obere Fläche der Halbleiterscheibe --2-- entfernt, damit diese Scheibe so dünn ist wie möglich und beispielsweise eine Dicke von nur 0, 05 mm hat. Man kann diesen Vorgang in einem oder mehreren Schritten durch Läppen, Sandstrahlen oder chemisches Ätzen durchführen. Die pn-übergänge bleiben dabei unversehrt. Da das wärmeempfindliche Material auf der monokristallinen Oberfläche der Halbleiterscheibe --2-- angeordnet oder über sie geführt wird, wird diese Oberfläche chemisch oder mechanisch poliert.
Das jede Dioden-Widerstands-Schaltung umgebende Halbleitermaterial der Scheibe --2-- wird dann entfernt, so dass die Mesas voneinander luftisoliert sind. Zum Entfernen des Halbleitermaterials von der Scheibe --2-- unter Zurücklassen der luftisolierten Mesas wird auf die obere Fläche der Scheibe --2-- eine Schicht aus einem photographischen Ätzgrund aufgetragen und auf diesem photographischen Ätzgrund eine Belichtungsschablone angeordnet, die das Muster bestimmt, in welchem der photographische Ätzgrund belichtet werden soll. Die Belichtungsschablone muss genau ausgerichtet sein, damit sie die zu entfernenden Teile des Halbleitermaterials genau bestimmt. Bei genauerer Ausrichtung kann man die Dioden-Wider-
EMI3.4
der Belichtungsschablone abhängig sind.
Durch dieses genaue Ausrichten wird gewährleistet, dass nur jene Teile des Halbleitermaterials entfernt werden, die wirklich entfernt werden sollen. Die Genauigkeit des Ausrichtens der Belichtungsschablone wird mit Hilfe der Öffnungen --9 und 10--in dem lichtundurchlässigen, keramischen Träger --1--, der lichtundurchlässigen Marke --22-- und von Infrarot-Ausrichtverfahren verbessert, die nachstehend beschrieben werden.
Oberhalb der öffnung --9-- (Fig. 4) wird eine lichtundurchlässige Ausrichtmarke angeordnet, wie vorstehend an Hand der Fig. 2 (Marke 22) beschrieben wurde. Die in Fig. 2 gezeigte Ausrichtmarke --22-- ist kleiner als die Lötblöckchen --16',17 bis 21--, damit man die Marke--22--von den Lötblöckchen unterscheiden kann. Dies ist jedoch nicht kritisch, weil die Lötblöckchen aus demselben lichtundurchlässigen Material bestehen und als Marken verwendet werden können. In der Belichtungsschablone sind eine oder mehrere
<Desc/Clms Page number 4>
Marken angeordnet, die in ihrer Anzahl und ihrem Muster der oder den Marken--22--entsprechen. In der Ausführungsform nach Fig. 4 wird unterhalb der Öfffnung --9-- eine Infrarotquelle --36-- angeordnet.
Oberhalb der öffnung --9-- und der Halbleiterscheibe --2-- werden ein Linsensystem --37-- und ein Infrarot-Detektor --38-- angeordnet. Die Infrarotquelle sendet Infrarotstrahlung durch die öffnung --9-- und durch die Halbleiterscheibe --2-- und den Oxydfilm. Diese Teile sind für Infrarotstrahlen durchlässig,
EMI4.1
um, das mit dem Auge betrachtet werden kann.
Unter Prüfung des sichtbaren Lichtmusters, das von der Ausrichtung zwischen der Marke --22-- und der entsprechenden Marke der Belichtungsschablone abhängig ist, wird diese so angeordnet, dass die gewünschte Ausrichtung zwischen der Marke--22--und der entsprechenden Marke der Belichtungsschablone erzielt und dadurch gewährleistet wird, dass sich die Belichtungsschablone genau in der Stellung befindet, in der die Belichtung der Schicht aus dem photographischen Ätzgrund in dem gewünschten Muster erfolgt und Halbleitermaterial genau nur in diesen Bereichen zwischen den Dioden-Widerstands-Schaltungselementen entfernt wird. Danach wird der photographische Ätzgrund durch die Belichtungsschablone hindurch belichtet, entwickelt und selektiv entfernt, so dass die zu entfernenden Teile der Halbleiterfläche freibleiben.
In einem von dem photographischen Ätzgrund bestimmten Muster wird jetzt das Halbleitermaterial bis zu dem Siliciumoxydsslm weggeätzt, so dass die in Fig. 5 gezeigten, luftisolierten Mesas zurückbleiben.
Fig. l zeigt die Form der so erhaltenen Halbleiterscheibe-2--. Diese ist bis auf die Fenster-3 und 4-einstückig, in denen sich die luftisolierten Mesaanordnungen befinden.
Wenn durch den Ätzvorgang die in Fig. 5 gezeigten Mesas-5, 6, 30-ausgebildet worden sind, wird
EMI4.2
andere Ende des Drahtes --31-- mit einem metallisierten Streifen --33-- auf der Unterseite des keramischen Trägers --1-- verbunden. Danach wird die Öffnung --9-- des Trägers --1-- mit Epoxydharz ausgefüllt, so dass man eine feste, starre Anordnung ohne lose Drähte erhält.
Die Heizelemente sind daher in den Mesas nach unten gerichtet und in einer bestimmten Weise durch ein
EMI4.3
sich oberhalb der Öffnungen in dem Träger --1-- befinden. Ein in einer zweiten Ebene angeordnetes Verbindungsmuster wird von einem metallisierten Muster-33, 34-auf der Unterseite des Trägers-l-- gebildet. Infolgedessen kann man eine grosse und komplizierte Anordnung von Schaltungselementen vorsehen, die in verschiedenen Ebenen miteinander verbunden sind. Die Schaltungselemente dieser ein starres Gebilde darstellenden Anordnung sind voneinander elektrisch und thermisch gut isoliert.
Gemäss Fig. 5 wird das wärmeempfindliche Material --35-- direkt mit den Mesas aus monokristallinem Silicium in Berührung gebracht. Diese Mesas sind sehr dünn, so dass ein guter Wärmeübergang zwischen ihnen und dem wärmeempfindlichen Material ermöglicht wird.
Die Anordnung von 4 X 3 Mesas wird hier beispielsweise angegeben. Die Mesas können in jeder beliebigen Zahl und Anordnung verwendet werden. Dies ist von der Art der Information abhängig, die auf dem wärmeepfindlichen Material bildlich dargestellt werden soll.
Die Anzahl und Art der in den einzelnen Mesas angeordneten Schaltungselemente und ihrer Zonen von bestimmten Leitfähigkeitstypen, sowie solcher Zonen in der Halbleiterscheibe, sind hier nur beispielsweise angegeben. In den Mesas können verschiedene Arten von Schaltungselementen, z. B. Transistoren, als Heizelemente verwendet werden und zu ihrer Ausbildung können anstelle der beschriebenen Diffusionsverfahren beispielsweise auch Epitaxialverfahren verwendet werden. Man kann anstelle von Silicium auch ein anderes Halbleitermaterial verwenden, z. B. Germanium.
EMI4.4
34--eine--28-- von dem Träger isoliert ist.
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.