专利名称：具有绝缘涂层的半导体片式器件及其制造方法
技术领域：
本发明总的来说涉及上面具有绝缘涂层的半导体片式器件及其制造方法。更具体地说，本发明涉及一种半导体片式器件，上面形成有绝缘涂层，当进行后续的回流焊工艺时用来有效地防止焊剂侵蚀，从而保持原始绝缘阻抗，本发明还涉及这种半导体片式器件的方法。
背景技术：
近来，已经将移动通信终端等各种电子装置制成小型化，这时，要求用于电子装置的电路元件小型化和高度集成化。于是，电路元件已被设计成具有低的额定电压和额定电流。
上述元件的典型代表，变阻器是一种由于电阻随着施加的电压变化而明显地表现出非线性电压-电流特性的器件。变阻器在正常条件下作为绝缘电路器件工作，但是，当施加的电压高于特定值时，其电阻急剧下降。因此，具有上述特性的变阻器被广泛地用来保护半导体装置不受到浪涌电压的损害。
在变阻器中，主要使用的是氧化锌变阻器，它具有优良的非线性电压-电流特性以及高的浪涌吸收能力。将作为变阻器主要成分的氧化锌与多种添加剂混合，制备用于变阻器的陶瓷粉末，然后对制备的陶瓷粉末进行模塑和烧结，就能够制造出这种变阻器。在变阻器中，由于杂质能级的影响，在氧化锌晶界上形成了对应于边界势垒层的能量势垒，因此，表现出优秀的非线性电压-电流特性。
图1a表示的是适用于片式变阻器的没有绝缘涂层的传统半导体片式器件剖视图。如图1a所示，片式变阻器由陶瓷叠层构成。该陶瓷叠层包括多个陶瓷层1和形成在陶瓷叠层两端的外电极5。多个陶瓷层1由氧化锌基陶瓷材料和夹在陶瓷层1之间与陶瓷层1的两端交替连接的内电极3形成。每一个外电极电连接到至少一个内电极。
但是，当使用回流焊工艺将片式变阻器安装到印制电路板(PCB)上时，变阻器的下表面会受到焊剂的腐蚀。焊膏用于对要安装到PCB上的片式元件进行回流焊，其包括含Cl-离子的焊剂，以增加可焊性。液态的焊剂在PCB和片式变阻器之间流动，因此，腐蚀了片式变阻器的表面，尤其是晶界。这样，焊剂的组分在焊接时会损害变阻器的表面，使构成变阻器的材料中抗酸性低的ZnO和Sb2O3熔融。于是，包含在焊剂中的Zn和Sb离子过多，使片式变阻器的原始电阻在焊接后急剧下降。
在片式变阻器的一般制造过程中，将外电极形成为电连接到内电极之后，用Cu、Ni或者Sn来镀外电极的表面。但是，片式变阻器在正常条件下由于ZnO陶瓷的半导性而起到非导体的作用，在临界电压或者临界电压以上变成可导电的。这样，在电镀片式变阻器时，就能够镀陶瓷体的表面。由此，陶瓷体变成了导体，导致陶瓷体两端的外电极相互桥接。
相应地，提出了解决传统问题的技术。在此方面，韩国专利公开第2002-45782公开了一种使用湿法工艺制造玻璃膜的方法，包括把蚀刻后的变阻器浸到玻璃粉末的浆料中，旋转干燥该片，而在片上涂覆玻璃浆料，对涂覆玻璃浆料的片进行热处理，使玻璃熔融并在毛细现象的作用下进入到片表面的孔隙中，从而在片表面上形成均匀的玻璃涂层。但是，因为片的边缘部分涂覆得不充分，涂层厚度并非是期望厚度，所以，上述技术是有缺陷的。
另外，韩国专利公开第2003-68863公开了一种片式变阻器及其制造方法，包括用负性PR涂覆变阻器，用正性PR涂覆变阻器的外电极，使负性PR固化，然后去掉涂覆的PR层。但是，上述技术工艺复杂，因此，与经济效益的要求是相反的，不适合于实际的应用。
发明内容
于是，针对相关技术中发生的上述问题提出了本发明。本发明的一个目的是提供一种半导体片式器件，它的制造工艺简单，有效地减少了要附着到其上面的玻璃量，并且在上面形成了具有优秀再现性的高电阻绝缘涂层，所以，本发明的半导体片式器件是有益的。
本发明的另一个目的是提供一种制造具有绝缘涂层的半导体片式器件的方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种半导体片式器件，包括要求表面绝缘性能的多晶半导体片；外电极，形成在所述半导体片的两端；绝缘涂层，通过将玻璃粉末熔合到硅烷偶联剂而形成在半导体片的表面上。
本发明还提供了一种半导体片式器件，包括半导体陶瓷叠层，包括多个介电层和交替地设在介电层之间的多个内电极；外电极，形成在陶瓷叠层的两端，所述外电极的每一个都电连接到至少一个所述内电极上；绝缘涂层，通过将玻璃粉末熔合到硅烷偶联剂而形成在陶瓷叠层的表面上。
进一步，本发明提供了一种具有绝缘涂层的半导体片式器件的制造方法，包括制备要求表面绝缘性能的多晶半导体片并蚀刻所述多晶半导体片；将蚀刻后的半导体片浸到硅烷偶联溶液中，并从附着到所述半导体片表面的溶液中去掉水的成分；将玻璃粉末附着到没有水的成分的所述半导体片上，并对所述半导体片进行第一热处理；在第一热处理后的半导体片上形成外电极，并对所述半导体片进行第二热处理，由此在所述半导体片的表面上形成绝缘涂层。
再进一步，本发明提供了一种具有绝缘涂层的半导体片式器件的制造方法，包括制备半导体陶瓷叠层并蚀刻所述半导体陶瓷叠层，所述半导体陶瓷叠层包括介电层和交替地设在介电层之间的多个内电极；将蚀刻后的陶瓷叠层浸到硅烷偶联溶液中，并干燥所述陶瓷叠层；将玻璃粉末附着到所述干燥后的陶瓷叠层的表面上，并对所述陶瓷叠层进行第一热处理；在第一热处理后的陶瓷叠层上形成外电极，并对所述陶瓷叠层进行第二热处理，并镀所述外电极。
本发明也提供了一种按照上述制造方法制造的半导体片式器件。
通过下面结合附图进行的详细描述，将会更加清楚地理解本发明的上述以及其他目的、特征和优点。在附图中，图1a是剖视图，表示使用在片式变阻器中的没有绝缘涂层的传统半导体片式器件；图1b是剖视图，表示根据本发明使用在片式变阻器中的具有绝缘涂层的半导体片式器件；图2是表示根据本发明制造半导体片式器件的工艺的示意图；图3a到图3c表示根据本发明形成绝缘涂层的工艺的示意图。
具体实施例方式
下面参照附图详细地描述本发明。
图2的视图表示的是根据本发明制造半导体片式器件的工艺。如图2所示，首先制备要求表面绝缘性能的多晶半导体片。把要求表面绝缘性能的多晶半导体片施加到片式变阻器上，例如PTCR和MTCR等，但不限于这些。
多晶半导体片主要分成叠片式和盘式，每一种都能够用在本发明中。参见图1b，叠片式半导体片被形成为半导体陶瓷叠层，包括介电层11和夹在介电层11之间与介电层11的两端交替连接的内电极13。这时，可以使用流延工艺(tape casting process)或者旋涂工艺形成介电层11。
在片式变阻器的情况下，介电层可以包括从ZnO、BiO2、MnO2、Sb2O5、Co2O3或者它们的混合物中选出的任意一种。内电极可使用丝网印制工艺由Ag-Pd形成。对这样得到的叠层进行切割，在900到1200℃进行烧结，然后抛光12到75小时，制造出成为半导体陶瓷叠层的半导体片。然而，在本发明中，上述的工艺条件仅仅用于解释性的，本发明不受上述的工艺条件的限制。
接着，对上述的半导体片进行蚀刻。就此而言，蚀刻工艺用来增加后续玻璃粉末附着的效率，从而增加半导体片和玻璃膜之间的粘结强度。
优选地，用0.1％到10％的HCl溶液蚀刻半导体片。更优选地，进行蚀刻工艺的时间范围是1秒到30分。
在蚀刻后为了去掉附着在半导体片表面的盐酸或者其他附着材料，进行3到30分的水洗工艺。
成为蚀刻后的陶瓷叠层的半导体片被浸到硅烷偶联溶液中，使半导体片的表面改性变成粘性的，从而增加后续玻璃附着的效率。因此，如图3a所示，使用了将多个半导体片装进金属丝编成的网筛中，然后将装进该网筛中的半导体片浸到硅烷偶联溶液中这样一系列的工艺。
用纯水和硅烷偶联剂混合能够得到硅烷偶联溶液。这时，硅烷偶联剂在溶液中的浓度优选地限制为0.5％到20％。如果浓度超过20％，那么，对片的附着就会变弱。
在本发明中，对用来制备硅烷偶联溶液的硅烷偶联剂的具体种类和成分不作限定。例如，硅烷偶联剂可以包括下面材料中任何一种2-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油基丙基甲基二乙氧基硅烷和3-缩水甘油基丙基三乙氧基硅烷。
另外，在本发明中，浸入时间优选地限制到30秒到30分的范围。
之后，如图3b所示，使用热空气干燥浸过的半导体片，从附着在上面的溶液中去掉水的成分。要求去掉水份是使后续的玻璃附着能够均匀。
就此而言，在本发明中不特别地限制干燥条件。任何干燥方法都可以使用，只要能够从附着在片表面的溶液中去掉水的成分就可以。
优选地，干燥温度限制在室温到150℃的范围。
随后，将玻璃粉末附着到干燥后的半导体片的表面。如图3c所示，将半导体片装进盛有经筛选颗粒尺寸均匀的玻璃粉末的容器中，然后摇动容器，通过上述方式进行玻璃粉末的附着。但是，玻璃粉末的附着并不限于此。
玻璃粉末可以包括从Bi2O3、B2O3、Al2O3、P2O3、SnO2、SiO2、ZnO、Li2O3、K2O或者它们的多种混合物中选出的任何一种材料。另外，优选地，使用软化点为500到700℃的玻璃粉末。
更优选地，选择性地使用包括30到60重量百分比的P2O5、30到60重量百分比的ZnO、不大于10重量百分比的Al2O3的P2O5-ZnO-Al2O3基粉末，或者包括不大于10重量百分比的SiO2、20到90重量百分比的Bi2O3、10到40重量百分比的B2O3和不大于10重量百分比的ZnO的SiO2-Bi2O3-B2O3-ZnO基粉末。
对表面上附着有玻璃粉末的半导体片进行第一热处理。该热处理的功能是熔融附着到片表面的粉末，因此增加片和玻璃涂层间的粘结强度。另外，该热处理使得后续的用来形成外电极的施加工艺易于进行。
在这种情况下，优选地，第一热处理的温度限制为600到800℃。这是因为在上述温度范围内能够有效地增加玻璃涂层和片之间的粘结强度。
从图1b中清楚可见，外电极15形成在第一热处理后的半导体片的两端，然后对具有外电极15的半导体片进行第二热处理。通过将银膏施加到片的两个端面上来形成外电极15，用来与半导体片内电极13电连接。
涂银膏形成外电极15之后，进行第二热处理来烧结电极。第二热处理的功能是烧结施加的外电极15而分别与至少一个内电极电连接。经过热处理，在半导体片的上、下表面上形成了玻璃绝缘层17，如图1b所示。即，附着到半导体片表面上的玻璃粉末完全而且均匀地熔合到硅烷偶联剂，得到了所需的玻璃涂层17。
考虑到上述条件，优选地，第二热处理的温度限制为600到800℃。
在本发明中，优选地，外电极15镀有为了安装到PCB等基底上所需的焊接用Ni或者Sn。
这样制成的半导体片式器件可包括要求表面绝缘性能的多晶半导体片、形成在该半导体片两端的外电极和通过将玻璃粉末熔合到硅烷偶联剂而形成在半导体片表面上的绝缘涂层。
另外，半导体片可形成半导体陶瓷叠层，包括多个介电层和设在介电层之间交替地连接到介电层两端的多个内电极。半导体陶瓷叠层还可包括外电极，每一个外电极都电连接到至少一个所述内电极。
根据下面的例子能够更好地理解本发明。这些例子提出来是用于解释本发明，不能理解为限制本发明。
例子制备出一个半导体陶瓷叠层，包括多个由ZnO和Bi2O3形成的介电层和多个设在介电层之间交替地连接到介电层两端的内电极。然后进行切割，制造出片样品。在一般条件下对样品进行烧结和抛光，制造出多个用于变阻器的多晶半导体片。把这些半导体片浸到2％的HCl水溶液中进行蚀刻，然后用水清洗。接着，把半导体片装进金属丝编成的网筛中，并将网筛浸到含有5％3-缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷的硅烷偶联溶液中，然后用热风干燥机干燥20分。
用具有下面表1和表2中所示的不同组成(重量百分比)的玻璃粉末，涂覆干燥后的半导体片，然后在600℃进行热处理。
表1
表2
将银膏施加在热处理过的半导体片的两个端表面上，形成外电极。然后，在700℃进行第一热处理。对热处理过的半导体片的外电极镀Ni。就此而言，作为用裸眼观察镀渗出的结果，可以证实，在例子中使用的全部半导体片上都没有镀渗出或者回流缺陷。这是因为通过将玻璃粉末熔合到硅烷偶联剂形成的绝缘涂层均匀而且致密地形成在半导体片的表面上。
如上所述，本发明提供了一种具有绝缘涂层的半导体片式器件及其制造方法。本发明的方法因为与使用浆料的传统湿法相比简化了工艺，所以是有益的。另外，本发明中使用的玻璃粉末的消耗减少了，也易于制造具有均匀、完整的绝缘涂层的半导体片式器件。
尽管为解释目的对本发明的优选实施方式进行公开，但是，本领域技术人员会明白，在不脱离权利要求所限定的本发明范围和精神的情况下，能够进行各种修改、增添和替换。
本发明基于2005年2月14日提交的韩国专利申请第2005-12050，并要求其优先权。该文献的全部内容通过引用包含于此。
权利要求
1.一种半导体片式器件，包括要求表面绝缘性能的多晶半导体片；外电极，形成在所述半导体片的两端；绝缘涂层，通过将玻璃粉末熔合到硅烷偶联剂而形成在所述半导体片的表面上。
2.如权利要求1所述的半导体片式器件，其中，所述玻璃粉末选自Bi2O3、B2O3、Al2O3、P2O3、SnO2、SiO2、ZnO、Li2O3、K2O及其混合物。
3.如权利要求1或2所述的半导体片式器件，其中，所述玻璃粉末的软化点为500到700℃。
4.如权利要求1或2所述的半导体片式器件，其中，所述玻璃粉末是P2O5-ZnO-Al2O3基粉末，包括30到60重量百分比的P2O5、30到60重量百分比的ZnO、不大于10重量百分比的Al2O3。
5.如权利要求1或2所述的半导体片式器件，其中，所述玻璃粉末是SiO2-Bi2O3-B2O3-ZnO基粉末，包括不大于10重量百分比的SiO2、20到90重量百分比的Bi2O3、10到40重量百分比的B2O3和不大于10重量百分比的ZnO。
6.如权利要求1所述的半导体片式器件，其中，所述硅烷偶联剂包括选自2-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油基丙基甲基二乙氧基硅烷和3-缩水甘油基丙基三乙氧基硅烷中的任何一种材料。
7.一种半导体片式器件，包括半导体陶瓷叠层，包括多个介电层和交替地设在所述介电层之间的多个内电极；外电极，形成在所述陶瓷叠层的两端，所述外电极的每一个都电连接到至少一个所述内电极上；绝缘涂层，通过将玻璃粉末熔合到硅烷偶联剂而形成在所述陶瓷叠层的表面上。
8.如权利要求7所述的半导体片式器件，其中，所述玻璃粉末选自Bi2O3、B2O3、Al2O3、P2O3、SnO2、SiO2、ZnO、Li2O3、K2O及其混合物。
9.如权利要求7或8所述的半导体片式器件，其中，所述玻璃粉末的软化点为500到700℃。
10.如权利要求7或8所述的半导体片式器件，其中，所述玻璃粉末是P2O5-ZnO-Al2O3基粉末，包括30到60重量百分比的P2O5、30到60重量百分比的ZnO、不大于10重量百分比的Al2O3。
11.如权利要求7或8所述的半导体片式器件，其中，所述玻璃粉末是SiO2-Bi2O3-B2O3-ZnO基粉末，包括不大于10重量百分比的SiO2、20到90重量百分比的Bi2O3、10到40重量百分比的B2O3和不大于10重量百分比的ZnO。
12.如权利要求7所述的半导体片式器件，其中，所述硅烷偶联剂包括选自2-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油基丙基甲基二乙氧基硅烷和3-缩水甘油基丙基三乙氧基硅烷中的任何一种材料。
13.如权利要求7所述的半导体片式器件，其中，所述介电层包括从ZnO、BiO2、MnO2、Sb2O5、Co2O3及其多种混合物中选出的任意一种。
14.如权利要求7所述的半导体片式器件，其中，所述半导体片是片式变阻器。
15.一种具有绝缘涂层的半导体片式器件的制造方法，包括制备要求表面绝缘性能的多晶半导体片并蚀刻所述多晶半导体片；将蚀刻后的半导体片浸到硅烷偶联溶液中，并从附着到所述半导体片表面的溶液中去掉水的成分；将玻璃粉末附着到所述半导体片的表面上，并对所述半导体片进行第一热处理；在第一热处理后的半导体片上形成外电极，并对所述半导体片进行第二热处理，由此在所述半导体片的表面上形成绝缘涂层。
16.如权利要求15所述的方法，其中，用0.1％到10％的HCl溶液蚀刻所述半导体片。
17.如权利要求15所述的方法，其中，所述硅烷偶联溶液包含0.5％到20％的硅烷偶联剂。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述硅烷偶联剂包括选自2-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油基丙基甲基二乙氧基硅烷和3-缩水甘油基丙基三乙氧基硅烷中的任何一种材料。
19.如权利要求15所述的方法，其中，所述玻璃粉末选自Bi2O3、B2O3、Al2O3、P2O3、SnO2、SiO2、ZnO、Li2O3、K2O及其混合物。
20.如权利要求15或19所述的方法，其中，所述玻璃粉末是P2O5-ZnO-Al2O3基粉末，包括30到60重量百分比的P2O5、30到60重量百分比的ZnO、不大于10重量百分比的Al2O3。
21.如权利要求15或19所述的方法，其中，所述玻璃粉末是SiO2-Bi2O3-B2O3-ZnO基粉末，包括不大于10重量百分比的SiO2、20到90重量百分比的Bi2O3、10到40重量百分比的B2O3和不大于10重量百分比的ZnO。
22.如权利要求15所述的方法，其中，所述第一热处理是在600到800℃进行的。
23.如权利要求15所述的方法，其中，所述第二热处理是在600到800℃进行的。
24.一种具有绝缘涂层的半导体片式器件的制造方法，包括制备半导体陶瓷叠层并蚀刻所述半导体陶瓷叠层，所述半导体陶瓷叠层包括介电层和交替地设在所述介电层之间的多个内电极；将蚀刻后的陶瓷叠层浸到硅烷偶联溶液中，并干燥所述陶瓷叠层；将玻璃粉末附着到所述干燥后的陶瓷叠层的表面上，并对所述陶瓷叠层进行第一热处理；在第一热处理后的陶瓷叠层上形成外电极，并对所述陶瓷叠层进行第二热处理，并镀所述外电极。
25.如权利要求24所述的方法，其中，用0.1％到10％的HCl溶液蚀刻所述半导体片。
26.如权利要求24所述的方法，其中，所述硅烷偶联溶液包含0.5％到20％的硅烷偶联剂。
27.如权利要求26所述的方法，其中，所述硅烷偶联剂包括选自2-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油基丙基甲基二乙氧基硅烷和3-缩水甘油基丙基三乙氧基硅烷中的任何一种材料。
28.如权利要求24所述的方法，其中，所述玻璃粉末选自Bi2O3、B2O3、Al2O3、P2O3、SnO2、SiO2、ZnO、Li2O3、K2O及其混合物。
29.如权利要求24或28所述的方法，其中，所述玻璃粉末是P2O5-ZnO-Al2O3基粉末，包括30到60重量百分比的P2O5、30到60重量百分比的ZnO、不大于10重量百分比的Al2O3。
30.如权利要求24或28所述的方法，其中，所述玻璃粉末是SiO2-Bi2O3-B2O3-ZnO基粉末，包括不大于10重量百分比的SiO2、20到90重量百分比的Bi2O3、10到40重量百分比的B2O3和不大于10重量百分比的ZnO。
31.如权利要求24所述的方法，其中，所述第一热处理是在600到800℃进行的。
32.如权利要求24所述的方法，其中，所述第二热处理是在600到800℃进行的。
33.如权利要求24所述的方法，其中，所述介电层包括从ZnO、BiO2、MnO2、Sb2O5、Co2O3及其多种混合物中选出的任意一种。
34.如权利要求24所述的方法，其中，在室温到150℃的范围内进行所述的干燥。
35.一种按照权利要求15或者24的方法制造的半导体片式器件。
全文摘要
本发明公开了一种具有绝缘涂层的半导体片式器件，包括要求表面绝缘性能的多晶半导体片、形成在半导体片两端的外电极、通过将玻璃粉末熔合到硅烷偶联剂而形成在半导体片表面上的绝缘涂层。另外，还提供了一种具有绝缘涂层的半导体片式器件的制造方法，包括制备要求表面绝缘性能的多晶半导体片并蚀刻多晶半导体片；将蚀刻后的半导体片浸到硅烷偶联溶液中，并从附着到半导体片表面的溶液中去掉水的成分；将玻璃粉末附着到没有水的成分的半导体片上，并对半导体片进行第一热处理；在第一热处理后的半导体片上形成外电极，并对半导体片进行第二热处理，由此在半导体片的表面上形成绝缘涂层。
文档编号H01C17/00GK1822249SQ20051006999
公开日2006年8月23日 申请日期2005年5月12日 优先权日2005年2月14日
发明者高敬憙, 申知桓, 崔畅学 申请人:三星电机株式会社