Brevet FR2102145A1 — publié le 19720407

La présente invention concerne un procédé pour la fabrication de redresseurs à haute tension pour faibles courants9 réalisés par assemblage de diodes individuelles à base de semi-conducteurs. De tels redresseurs à haute tension peuvent être utilisés, par exemple, 5 dans les récepteurs de télévision, pour fournir les tensions du tube d'image. On a besoin pour cela de tensions comprises entre environ 8 et 30 kV, et la charge des redresseurs n'est que d'un petit nombre de milliampères. On connait des redresseurs à haute tension pour courants élevés, 10 réalisés par le groupement de diodes au silicium individuelles. A cet effet, les diodes au silicium peuvent être empilées les unes sur les autres et soudées ensemble, avec ou sans interposition de couches intermédiaires; elles peuvent aussi être liées entre elles par formation d'alliages intermédiaires. Il est connu aussi de disposer 15 avant l'assemblage de tels redresseurs à haute tension , les diodes individuelles sur un disque en molybdène . La fabrication de tels redresseurs à haute tension, pour des courants élevés, est relativement simple car les diamètres des différentes diodes sont relativement grands. La vérification de la ten-20 sion de claquage des diodes individuelles, la détermination de leur polarité et leur manipulation pour l'assemblage des redresseurs à hautetension ne présentent ainsi pas de difficultés. Avec les redresseurs à haute tension pour faibles courants, par contre, les conditions sont différentes. Les diodes individuelles 25 du redresseur à haute tension n'ont que de petits diamètres, par exemple des diamètres inférieurs à un millimètre. Si l'on veut maintenant transposer les procédés de fabrication des redresseurs à haute tension pour courants élevés à la fabrication de redresseurs à haute tension pour faibles courants, les.difficultés techniques de réali-30 sation deviennent extrêmement grandes. L'objet de la présente invention est de proposer un procédé pour la fabrication de redresseurs à haute tension pour faibles courants qui, par sa simplicité, soit comparable aux procédés connus pour la fabrication de redresseurs à haute tension pour courants éle-35 vés, et qui soit supérieur aux procédés utilisés jusqu'à présent pour la fabrication des petits redresseurs à haute tension. L'invention part d'un procédé de fabrication de redresseurs à haute tension, dans lequel les différentes diodes, pourvues de couches de contact, sont disposées les unes sur les autres et soudées 40 entre elles, iîlle est caractérisée en ce que l'on fractionne 71 28584 2 2102145 l'empilage de diodes au silicium de grande surface, une fois soudé, perpendiculairement aux diodes individuelles, et en ce que les parties d'empilage, beaucoup plus petites ainsi obtenues,sont ensuite soumises à un traitement par attaque chimique et pourvues de con-5 nexions. Il est commode, pour le fractionnement de l'empilage soudé de diodes au silicium, d'utiliser une scie à grille de fils métalliques ou une scie à grille oscillante. Cependant, le fractionnement peut aussi s'effectuer au moyen de scies à grille rotative diamantée, ou 10 à l'aide de dispositifs de forage à ultrasons. Pour le soudage des diodes av. silicium individuelles, il est particulièrement commode d'utiliser une soudure molle. Il peut, en outre, être intéressant, pour cela, de pourvoir les diodes individuelles de couches de contact que l'on recouvre de soudure préalablement. La soudure peut être 15 constituée avantageusement par des alliages : Pb-Sn-Ag; Pb-Sn-Gu; Pb-Ag-In; Pb-Ag-Cu. Il est connu, il est vrai, de fabriquer de nombreux petits composants à base de semi-conducteurs en traitant d'abord de la manière désirée une grosse pastille de silicium, de réaliser par conséquent 20 le profil de dopage désiré, par alliage ou par diffusion, de fractionner ensuite la pastille et de faire l'empilage. Le fractionnement n'a cependant pas été appliqué encore à des empilages soudés de telles pastilles de silicium, manifestement en raison du fait que jusqu'à présent, les caractéristiques mécaniques des pastilles de silicium 25 et des couches de soudure étaient trop différentes, pour qu'un fractionnement par sciage ou par ultrasons, des pastilles soudées puisse apparaître raisonnable. (De plus, le soudage de pastilles de silicium de grande surface présente toujours des difficultés et par crainte de forte proportion de déchet, on hésitait à souder en un seul bloc 30 plusieurs pastilles de silicium). Enfin, la structure des redresseurs à haute tension pour courants élevées est déterminée dans une très grande mesure par les sollicitations thermiques, tandis qu'avec les redresseurs à haute tension du type ici concerné,les problèmes thermiques ne jouent pas de rôle particulier. 35 On décrira ci-dessous l'invention en détail, en se repérant aux dessins . Les figures représentent les différentes étapes du procédé de fabrication selon l'invention., Sur la figure 1, on a représenté un empilage de diodes au silicium définitivement soudé. Le repère 1 désigne'les. diodes indivi-40 duelles, tandis què le repère 2 désigne les couches de soudure. 71 28584 3 2102145 Les diamètres des diodes individuelles peuvent être d'environ 25 mm. Le soudage peut s'effectuer dans un four à défilement continu, sous atmosphère gazeux de protection, ou dans un four à vide. On utilise pour cela, par exemple, une soudure de plomb et d'argent. Pendant 5 le soudage, l'empilage de diodes reste soumis à une certaine pression, afin que les épaisseurs prescrites de la couche de soudure puissent être respectées. Sur la figure 2, on montre comment l'empilage définitivement soudé est collé sur une plaque support 4 au moyen d'une couche de 10 colle 3. Ceci est nécessaire pour pouvoir ensuite fractionner une pastille entière. La figure 3 montre l'empilage vu de dessus, après que deux couches 5, 6 perpendiculaires entre elles, aient été effectuées à la scie à travers l'empilage . Les petites colonnes 7 ainsi obtenues 15 peuvent avoir des côtés de 0,5 mm par exemple. Le fractionnement de l'empilage peut s'effectuer au moyen d'une scie à grille oscil- Srille de lante ou au moyen d'line/ scie rotative diamantée. Les scies à grille de fils métalliques se sont révélées comme particulièrement commodes pour cet usage. On détache maintenant les petites colonnes indivi-20 duelles de la plaque support 4, et on les équipe avec des pions de contact 8. On utilise, pour cela, une soudure dont le point de fusion est inférieur à celui de la soudure utilisée pour le soudage de l'empilage* Au cours de l'attaque chimique indispensable, qui vient ensuite, il est intéressant de choisir la solution d'attaque 25 de telle manière qu'il se produise une gorge concave sur les tablettes de silicium individuelles, afin de réduire l'intensité du champ électrique superficiel. Le dimensionnement en tension s'effectue de manière que la défaillance d'une ou de quelques unes des diodes de l'empilage, du fait d'une insuffisance de la valeur de la tension 30 inverse, n'entre pas eh ligne de compte (application de la redondance dans le montage en série). C'est cet état des petites colonnes que l'on a représenté sur la figure 4. Le reste de la structure mécanique est analogue à la structure mécanique connue en soi des autres diodes coaxiales, qui comportent normalement une jonction 35 P-n. La figure 5 montre le redresseur à hautetension après achèvement du décapage chimique. Comme on le voit, on a utilisé un bain d'attaque d'un type qui attaque fortement le matériau semi-conduc-teur, et qui n'attaque que peu ou même pas du tout la couche de sou-40 dure. Avec cette opération de décapage, on ne fait pas qu'éliminer GO 71 28S84 4 2102145 les défauts de surface qui apparaissent au cours du fractionnement. En même temps il se forme, dans les bords des petites diodes au silicium individuelles, une gorge concave 9, qui assure une réduction des intensités du champ électrique superficiel sur le bord de chaque diode. Il en résulte un accroissement de la résistance à la tension inverse. Pour terminer, on applique encore sur le redresseur à haute tension un vernis de protection, le tout est ensuite enrobé d'une résine isolante ou inséré dans un boîtier. 71 28584 2102145 RETEÏÏBIOATIOÏS 1•- Procédé pour la fabrication de redresseurs à haute tension pour faibles courants, selon lequel les diodes à semi-conduc- teurs individuelles sont pourvues de coudas»de contact, empilées les unes sur les autres et soudées entre elles, caractérisé en ce que 5 l'empilage de diodes à semi-conducteurs, une fois soudé, est frac- .que tioirné perpendiculairement aux diodes individuelles, et/Tës-fractions d'empilage ainsi obtenues sont ensuite pourvues de pièces de contact et décapées chimiquement. 2.- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que 10 pour le soudage des diodes individuelles, on utilise une soudure molle, de préférence une soudure de plomb et d'argent 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que,pour fractionner 1'empilage de diodes à semi-conducteurs, après soudage, on utilise une scie à grille oscillante ou une scie à grille de fils métalliques.