ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ОПРОКИДЫВАЮЩИЙ ДИОД Российский патент 1999 года по МПК H01L25/07 

Изобретение исходит из высоковольтного опрокидывающего диода в соответствии с ограничительной частью основного пункта формулы изобретения. Из выложенной заявки ФРГ N 4032131 уже известен такой высоковольтный опрокидывающий диод, в котором большое количество последовательно включенных опрокидывающих диодов представляют собой высоковольтный опрокидывающий диод. При этом отдельные полупроводниковые элементы уложены в каскадной схеме в этажерку друг над другом и затем эта этажерка из полупроводников обтянута по периметру светопропускающим изолятором. С помощью такого высоковольтного опрокидывающего диода очень точно можно включать высокие напряжения, так что этот высоковольтный опрокидывающий диод можно использовать в качестве распределителя напряжения зажигания при статическом распределении высокого напряжения. При этом расположенные по периметру каскада p-n-переходы образуют светочувствительные зоны, управление которыми осуществляется с помощью светоизлучающих элементов таким образом, что они последовательно переключаются к заранее заданному моменту времени.

Преимущества изобретения
В противоположность этому устройство в соответствии с изобретением с отличительными признаками основного пункта формулы изобретения имеет преимущество, заключающееся в том, что для изготовления каскада из опрокидывающих диодов можно использовать обычные, изготовленные по планарной технологии чипы из опрокидывающих диодов. Кроме того, это устройство имеет преимущество, заключающееся в том, что высокозапирающие p-n-переходы свободно расположены не по периметру этажерки опрокидывающих диодов, а пассивированы на верхней стороне чипа с помощью окиси кремния (SiO₂) и таким образом не может быть осуществлено нежелательное включение опрокидывающего диода в результате неопределенных состояний поверхности на границе, которые могут получиться из-за повреждений при распиловке, благодаря чему обеспечена высокая эффективность кремниевой пластины и высокая точность включения каждого чипа опрокидывающего диода. С помощью изолирования одного диодного чипа от другого с помощью электроизолирующего слоя из синтетического материала и механического соединения и электрического контактирования посредством соединительного слоя обеспечена дополнительная механическая прочность даже при небольшой поверхности катода. Тем самым можно использовать чипы опрокидывающих диодов с небольшой поверхностью, благодаря чему обеспечивается их низкая стоимость, и одновременно обеспечивать высокую механическую прочность.

С помощью приведенных в дополнительных пунктах формулы изобретения мер возможны предпочтительные усовершенствованные варианты выполнения и усовершенствования указанного в основном пункте формулы изобретения высоковольтного опрокидывающего диода. Особенно предпочтительным является то, что электроизолирующий слой из синтетического материала может быть фотоструктурирован, что его можно наносить способом трафаретной печати и затем создавать необходимые углубления в зоне электродов и канавок от распила фотолитографическим способом. Кроме того, предпочтительным является использование в качестве электроизолирующего слоя из синтетического материала полиимидного слоя. Тем самым можно обеспечить световодное распространение от периметра высоковольтного опрокидывающего диода к светочувствительным p-n-переходам, которые соответственно свободно расположены на верхней стороне чипа опрокидывающего диода.

Кроме того, имеется преимущество, заключающееся в том, что для изготовления высоковольтного опрокидывающего диода вначале можно изготавливать отдельную кремниевую пластину с большим количеством отдельных опрокидывающих диодов и затем отдельные пластины размещать в виде этажерки друг над другом, так что данную систему можно изготавливать очень просто и дешево путем простого выпиливания высоковольтного опрокидывающего диода.

Кроме того, предпочтительно создавать механическое соединение и электрическое контактирование отдельных пластин опрокидывающих диодов друг с другом с помощью электропроводящего клея, например металлосодержащего полиимидного клея, причем предпочтительно использовать предварительно схватывающийся клей, так как его можно наносить методом трафаретной печати и для лучшего обращения он предварительно схватывается, так что после соединения отдельных чипов с опрокидывающими диодами этот клей должен еще только затвердеть.

Наконец для механического и электрического соединения отдельных чипов с опрокидывающими диодами можно предусматривать также паяное соединение, при определенных условиях это соединение является более дешевым, чем клей.

Чертежи
Примеры выполнения изобретения представлены на чертежах и более подробно поясняются в нижеследующем описании. Фиг. 1 показывает принцип построения устройства зажигания с использованием высоковольтного опрокидывающего диода, фиг. 2 показывает вырез из структурированной кремниевой пластины с отдельными опрокидывающими диодами, фиг. 3 показывает укладку в этажерку отдельных опрокидывающих диодов в соответствии с фиг. 2 с клеевым соединением и фиг.4 - укладку в этажерку с паяным соединением.

Описание примеров выполнения
На фиг. 1 представлен принцип построения устройства зажигания с использованием управляемых световым потоком высоковольтных опрокидывающих диодов. Напряжение аккумуляторной батареи U_B подается на первичную обмотку 10 катушки зажигания 11, причем первичная обмотка 10 на другой стороне соединена с помощью переключающего транзистора 12 с массой. Переключающий транзистор 12 непрерывно приводится в действие схемой управления 13 через вывод базы для создания высокого напряжения на вторичной стороне катушки зажигания 11. Для этого, например, с помощью схемы управления 13 на основании рабочих параметров определяется время замыкания и момент зажигания для катушки зажигания и соответственно осуществляется управление выводом базы. Однако это не является предметом изобретения и нет надобности пояснять это более подробно. Вторичная обмотка 14 катушки зажигания 11 с одной стороны подключена к массе, а с другой стороны соответственно с помощью высоковольтного опрокидывающего диода 15 - 18 соединена со свечами зажигания 19 - 22. Высоковольтные опрокидывающие диоды 15 - 18 изготовлены путем каскадирования отдельных чипов с опрокидывающими диодами. С отдельными высоковольтными опрокидывающими диодами соответственно сопряжен светоизлучающий источник 23 - 26, например светодиоды. Этими светодиодами соответственно управляет схема управления 13 в соответствии с порядком зажигания и таким образом напряжение зажигания подается на свечи зажигания 19 - 22. Тем самым можно также реализовать статичное распределение высокого напряжения с помощью отдельной катушки зажигания 11, т.е. без вращающегося бегунка распределителя зажигания.

Фиг. 2 показывает поперечное сечение принципиального построения опрокидывающих диодов, которые изготовлены по методу планарной техники. При этом частично показаны два опрокидывающих диода, которые соответственно изготовлены на кремниевой пластине. Отдельный опрокидывающий диод является, например, четырехслойным диодом, который перебрасывается из запертого состояния в состояние проводимости, если приложенное между анодом и катодом напряжение превышает определенную величину. Таким образом опрокидывающий диод является очень быстродействующим переключателем, который в течение миллиардных долей секунды переключается из высокоомного состояния в низкоомное состояние. Отдельный чип с опрокидывающими состоит из монокристаллической полупроводниковой подложки толщиной примерно от 50 до 600 микрон, в частности, из кремниевой пластины, в которую введены отдельные слои (p, n, p, n) путем диффузии примесей. При этом на нижней стороне 30 чипа с опрокидывающими диодами нанесена анодная металлизация 31, чтобы таким образом можно было изготовить электрические выводы. На верхней стороне 32 опрокидывающего диода расположен запирающий p-n-переход 33, который в большинстве случаев кольцеобразно окружает зону катод-вентиль. Этот запирающий p-n-переход 33 с целью изолирования покрыт слоем окиси кремния 34 (SiO₂). Зона катода, кроме того, покрыта катодной металлизацией 35 для создания электрического вывода. При простой укладке друг на друга в этажерку этих чипов с опрокидывающими диодами катодная металлизация верхней стороны чипа с опрокидывающими диодами электрически может быть соединена с анодной металлизацией нижней стороны чипа с опрокидывающими диодами, не создавая короткого замыкания изоляции из слоя окиси кремния 34. Для этого в соответствии с изобретением на верхнюю сторону чипа с опрокидывающими диодами нанесен полиимидный слой 36 толщиной примерно от 10 до 200 микрон. Этот полиимидный слой 36 вначале может быть, например, закрытым слоем по всей верхней стороне 32 чипа с опрокидывающими диодами, который затем открывается, например, с помощью фотолитографического процесса в зоне катодных выводов и пропилов 41. По всей верхней стороне чипа с опрокидывающими диодами с полиимидным слоем наносится электропроводящий клей 37, например, методом трафаретной печати. Этим клеем мог бы быть, например, предварительно отверждаемый, содержащий серебро полиимидный клей. С помощью этого предварительно отверждаемого клея при укладке в этажерку друг на друга возможна юстировка отдельных пластин относительно друг друга. После укладки в этажерку друг на друга клей может быть отвержден, так что чипы электрически соединены и образуются соединенные по всей поверхности и поэтому механически прочные высоковольтные опрокидывающие диоды. Теперь предпочтительным образом из этажерки пластин можно изготавливать большое количество отдельных высоковольтных опрокидывающих диодов путем разделения вдоль пропилов в вертикальном направлении. Наконец соответственно свободно расположенные на конце этажерки катод или анод оснащаются головным проводом и весь высоковольтный опрокидывающий диод окружается светопропускающей оболочкой из синтетического материала.

Фиг. 3 показывает укладку в этажерку друг над другом отдельных чипов с опрокидывающими диодами с целью создания высоковольтного опрокидывающего диода с применением электропроводящего клея для создания механического соединения и электрического контактирования отдельных чипов с опрокидывающими диодами друг с другом. Отчетливо можно видеть расположенные на верхней и нижней сторонах головные провода для создания катодного или анодного выводов. Точно также наглядно показана прозрачная оболочка 40 из синтетического материала всего высоковольтного опрокидывающего диода.

Фиг. 4 показывает высоковольтный опрокидывающий диод, причем соединительный слой реализован в виде паяного соединения 42, при этом в данном случае можно использовать как мягкий припой, так и твердый припой. В остальном построение высоковольтного опрокидывающего диода соответствует построению, которое уже было описано для фиг. 2 и 3, так что здесь нет надобности описывать это построение еще раз.

Использование в распределителях напряжения зажигания двигателя внутреннего сгорания со статическим распределением высокого напряжения. Сущность: высоковольтный опрокидывающий диод содержит каскад чипов с опрокидывающими диодами, причем между отдельными чипами с опрокидывающими диодами, изготовленными по методу планерной техники, соответственно на верхней стороне чипа с опрокидывающими диодами имеется полиимидный слой с углублением в зоне катодного вывода и механическое и электрическое соединение отдельных чипов опрокидывающих диодов осуществляется с помощью электропроводящего клея. Техническим результатом изобретения является исключение нежелательных включений опрокидывающего диода, использование чипов малой площади и обеспечение высокой механической прочности. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Высоковольтный опрокидывающий диод с большим количеством включенных последовательно отдельных чипов с опрокидывающими диодами, причем высокозапирающий р-n-переход каждого отдельного опрокидывающего диода покрыт изолирующим слоем, отличающийся тем, что отдельные опрокидывающие диоды являются изготовленными по методу планарной техники чипами с опрокидывающими диодами, а высокозапирающий p-n-переход (33) каждого опрокидывающего диода расположен на верхней стороне (32) чипа с опрокидывающими диодами, что расположенный на верхней стороне (32) чипа с опрокидывающими диодами электрод (К) и расположенный на нижней стороне чипа с опрокидывающими диодами электрод (А) покрыты электропроводящим слоем (35 или 31), что на верхней стороне чипа с опрокидывающими диодами нанесен электроизолирующий слой (36) из синтетического материала, который имеет углубление в зоне электрода, и что соединительный слой электропроводяще и механически соединяют друг с другом отдельные чипы с опрокидывающими диодами,
2. Высоковольтный опрокидывающий диод по п.1, отличающийся тем, что электропроводящий слой из синтетического материала выполнен с возможностью фотоструктурирования. 3. Высоковольтный опрокидывающий диод по п. 1 или 2, отличающийся тем, что электроизолирующий слой из синтетического материала состоит из полиимида. 4. Высоковольтный опрокидывающий диод по п.3, отличающийся тем, что толщина полиимидного слоя составляет от 10 до 200 мкм. 5. Высоковольтный опрокидывающий диод по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что соединительным слоем является электропроводящий клей. 6. Высоковольтный опрокидывающий диод по п.5, отличающийся тем, что клей является предварительно отверждаемым клеем. 7. Высоковольтный опрокидывающий диод по п. 5 или 6, отличающийся тем, что клеем является металлосодержащий полимидный клей. 8. Высоковольтный опрокидывающий диод по одному из пп. 5-7, отличающийся тем, что клей нанесен в виде толстого слоя методом трафаретной печати. 9. Высоковольтный опрокидывающий диод по одному из пп. 1-4, отличающийся тем, что соединительным слоем является паяное соединение.