CN103943496B - 高压二极管硅块台面腐蚀工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高压二极管硅块台面腐蚀工艺。工艺步骤依次是混合酸配制；将待处理硅块装入BE塑料模,再将装有硅块的BE模安装在塑料托架上;混酸处理；腐蚀量测定；第一次水洗；硝酸腐蚀清洗；第二次水洗；第三次水洗；脱水干燥；干燥空气的干燥；硅块与电极引线进行组装烧结。优点是开发一种新型混合酸，使硅块切断面的腐蚀速度比较一致，使腐蚀量差别小，充分去除切断产生的损伤层；混合酸处理后再进行氢氟酸清洗处理，去除芯片焊料表面少许氧化层，便于与电极引线更好的烧结焊接；本工艺腐蚀处理速率均一，形成了良好的硅块台面形状，腐蚀量差异小；器件的反向漏电小，击穿特性硬，浪涌耐量大，成品率大幅度提高。
Description
技术领域
本发明涉及高压二极管硅块台面腐蚀工艺，具体是一种高压二极管芯片台面腐蚀清洗、台面形成的工艺方法。
背景技术
硅叠经不锈钢丝辅以金刚砂切削液切断为硅块，即高压二极管管芯。硅块表面有切断产生的损伤层、氧化层以及其它杂质，在硅块、电极引线烧结之前必须对台面进行清洗处理，处理后的台面形状平滑均一、使PN结充分展开，将会保证并提高器件的电性能。否则器件的电性能会产生劣化，产品的电性测试成品率将大大降低。
传统的硅块处理工艺是由硝酸、氢氟酸、硫酸、冰乙酸四种成份组成的混酸腐蚀，硅块腐蚀处理过程中P面、N面腐蚀速率不均衡，处理后硅块台面不平整，易产生缺口、结面倾斜。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种高压二极管硅块台面腐蚀工艺，寻求一种新型混合酸，确定适宜的腐蚀工艺，可对硅块台面进行均匀的化学处理，同时有效去除硅块表面杂质及损伤层；该种混合酸处理硅块过程中应对其中焊片基本无明显作用，保证硅块中芯片间的焊接不受影响，处理后芯片台面为对称式弧状，使PN结充分展开，有利于保持硅块的特性一致，提高芯片的电性能。
为了达到上述发明目的，本发明提出了以下技术方案：
高压二极管硅块台面腐蚀工艺，具体在于以下步骤：
1）混合酸配制:按硝酸HNO3（分析纯AR，65~68%）：氢氟酸HF（分析纯AR，40%）：磷酸H3PO4（分析纯AR，85%）=5：3：5的比例，配制25升混合酸，加入1025g乙二酸。开启搅拌器搅拌至乙二酸完全溶解。开启冷却装置电源，设定液温为6±1℃；
2）将待处理硅块装入BE塑料模,再将装有硅块的BE模安装在塑料托架上;
3)混酸处理:开启酸腐蚀装置总电源.将装有硅块模的托架挂到机械手摆臂上，设定混酸腐蚀时间为150±10s，设定机械手摆臂频次65±5次/min。开启机械手开关，硅块模上下摆动进行混酸处理。处理中保证硅块模上模面完全浸于混酸液中;
4)腐蚀量测定:腐蚀完毕后，将托架迅速浸于喷流式水槽（第一水洗槽）中上下摇动10~15次，水槽中纯水流量大于10升/min。取出硅块模，从硅块模四个角中各抽样一只硅块，将硅块放到JTT投影仪专用的测定架上，将测定架放在投影位置，调节投影仪的焦距，测定腐蚀量应为60±10μm;
5)第一次水洗:将装有硅块模的托架放在第二水洗槽的摆臂上（摆动频率为45±2次/分，纯水流量大于10L/min），启动开关，清洗3分钟。 水洗结束，乐声警报鸣响后，按下“复位”开关上升把手，卸下托架;
6)硝酸腐蚀清洗:将托架放入6.5%硝酸槽（硅块模应浸没于硝酸液中）内，同时启动定时开关(设定硝酸处理时间为40s),使指示灯变亮。用手摇动托架，摇摆频率为50±10次/分，指示灯熄灭后,将托架提起；
7）第二次水洗：将托架浸于第三水槽（纯水流量大于10L/min），摆动清洗10～15次，再将托架挂到摆臂上（摆动频率为60±2次/分），启动开关，清洗3分钟。 乐声响后，按“复位”开关，取下托架；
8）HF腐蚀清洗：设定氢氟酸定时开关处理时间为40s，将托架放入5%HF酸槽中，同时启动开关，使指示灯变亮。用手摆动托架，摇摆频率为50±10次/分，指示灯熄灭后,将托架提起；
9）第三次水洗：从HF酸槽中提出托架后，迅速浸入第四水洗槽中（纯水流量大于10L/min），摆动清洗10～15次，摆动频率为50±10次/分。
将托架再浸入第五水洗槽（纯水流量大于10L/min）中，清洗时间设定为30±5秒，同时启动定时器开关，使指示灯变亮。手工摆动清洗，摇摆频率为50±10次/分，指示灯熄灭后,将托架提起；
10）脱水干燥：设定脱水机的转速应为1750±50转/分，时间200±10s，确认N2流量大于60L/min。从托架上取下BE硅块模，安放在脱水机内的对称平衡的位置上，盖紧脱水机盖子，启动开关，进行脱水；
11）干燥空气的干燥：脱水机自动停止运转后, 打开罩盖，用毛巾擦干手套, 取出脱水机中的BE硅块模,放置在干燥铝架上。将干燥铝架放入硅块干燥装置的传送带上。
干燥装置的传送带速度为40±2（cm/min），干燥空气的流量应大于400L/min；
12）硅块干燥完成后，即可转下道工序与电极引线进行组装烧结。
所述的第一水洗槽、第二水洗槽、第三水洗槽、第四水洗槽和第五水洗槽都是喷流式水槽。
本发明的优点是开发一种新型混合酸，使硅块切断面的腐蚀速度比较一致，使腐蚀量差别小，充分去除切断产生的损伤层。混合酸处理后再进行氢氟酸清洗处理，去除芯片焊料表面少许氧化层，便于与电极引线更好的烧结焊接；该种工艺腐蚀处理速率均一，形成了良好的硅块台面形状，腐蚀量差异小。器件的反向漏电小，击穿特性硬，浪涌耐量大，成品率大幅度提高。
具体实施方式
实施例1
1）混合酸配制:按硝酸HNO3（分析纯AR，65%）：氢氟酸HF（分析纯AR，40%）：磷酸H3PO4（分析纯AR，85%）=5：3：5的比例，配制25升混合酸，加入1025g乙二酸。开启搅拌器搅拌至乙二酸完全溶解。开启冷却装置电源，设定液温为6℃；
2）将待处理硅块装入BE塑料模,再将装有硅块的BE模安装在塑料托架上;
3)混酸处理:开启酸腐蚀装置总电源.将装有硅块模的托架挂到机械手摆臂上，设定混酸腐蚀时间为150s，设定机械手摆臂频次65次/min。开启机械手开关，硅块模上下摆动进行混酸处理。处理中保证硅块模上模面完全浸于混酸液中;
4)腐蚀量测定:腐蚀完毕后，将托架迅速浸于喷流式水槽（第一水洗槽）中上下摇动10次，水槽中纯水流量大于10升/min。取出硅块模，从硅块模四个角中各抽样一只硅块，将硅块放到JTT投影仪专用的测定架上，将测定架放在投影位置，调节投影仪的焦距，测定腐蚀量应为60±10μm;
5)第一次水洗:将装有硅块模的托架放在第二水洗槽的摆臂上（摆动频率为45次/分，纯水流量大于10L/min），启动开关，清洗3分钟。 水洗结束，乐声警报鸣响后，按下“复位”开关上升把手，卸下托架;
6)硝酸腐蚀清洗:将托架放入6.5%硝酸槽（硅块模应浸没于硝酸液中）内，同时启动定时开关(设定硝酸处理时间为40s),使指示灯变亮。用手摇动托架，摇摆频率为50次/分，指示灯熄灭后,将托架提起；
7）第二次水洗：将托架浸于第三水槽（纯水流量大于10L/min），摆动清洗10～15次，再将托架挂到摆臂上（摆动频率为60次/分），启动开关，清洗3分钟。 乐声响后，按“复位”开关，取下托架；
8）HF腐蚀清洗：设定氢氟酸定时开关处理时间为40s，将托架放入5%HF酸槽中，同时启动开关，使指示灯变亮。用手摆动托架，摇摆频率为50次/分，指示灯熄灭后,将托架提起；
9）第三次水洗：从HF酸槽中提出托架后，迅速浸入第四水洗槽中（纯水流量大于10L/min），摆动清洗10次，摆动频率为50次/分。
将托架再浸入第五水洗槽（纯水流量大于10L/min）中，清洗时间设定为30秒，同时启动定时器开关，使指示灯变亮。手工摆动清洗，摇摆频率为50次/分，指示灯熄灭后,将托架提起；
10）脱水干燥：设定脱水机的转速应为1750转/分，时间200s，确认N2流量大于60L/min。从托架上取下BE硅块模，安放在脱水机内的对称平衡的位置上，盖紧脱水机盖子，启动开关，进行脱水；
11）干燥空气的干燥：脱水机自动停止运转后, 打开罩盖，用毛巾擦干手套, 取出脱水机中的BE硅块模,放置在干燥铝架上。将干燥铝架放入硅块干燥装置的传送带上。
干燥装置的传送带速度为40（cm/min），干燥空气的流量应大于400L/min；
12）硅块干燥完成后，即可转下道工序与电极引线进行组装烧结。
实施例2
1）混合酸配制:按硝酸HNO3（分析纯AR，67%）：氢氟酸HF（分析纯AR，40%）：磷酸H3PO4（分析纯AR，85%）=5：3：5的比例，配制25升混合酸，加入1025g乙二酸。开启搅拌器搅拌至乙二酸完全溶解。开启冷却装置电源，设定液温为5℃；
2）将待处理硅块装入BE塑料模,再将装有硅块的BE模安装在塑料托架上;
3)混酸处理:开启酸腐蚀装置总电源.将装有硅块模的托架挂到机械手摆臂上，设定混酸腐蚀时间为140s，设定机械手摆臂频次60次/min。开启机械手开关，硅块模上下摆动进行混酸处理。处理中保证硅块模上模面完全浸于混酸液中;
4)腐蚀量测定:腐蚀完毕后，将托架迅速浸于喷流式水槽（第一水洗槽）中上下摇动12次，水槽中纯水流量大于10升/min。取出硅块模，从硅块模四个角中各抽样一只硅块，将硅块放到JTT投影仪专用的测定架上，将测定架放在投影位置，调节投影仪的焦距，测定腐蚀量应为50μm;
5)第一次水洗:将装有硅块模的托架放在第二水洗槽的摆臂上（摆动频率为43次/分，纯水流量大于10L/min），启动开关，清洗3分钟。 水洗结束，乐声警报鸣响后，按下“复位”开关上升把手，卸下托架;
6)硝酸腐蚀清洗:将托架放入6.5%硝酸槽（硅块模应浸没于硝酸液中）内，同时启动定时开关(设定硝酸处理时间为40s),使指示灯变亮。用手摇动托架，摇摆频率为40次/分，指示灯熄灭后,将托架提起；
7）第二次水洗：将托架浸于第三水槽（纯水流量大于10L/min），摆动清洗10～15次，再将托架挂到摆臂上（摆动频率为58次/分），启动开关，清洗3分钟。 乐声响后，按“复位”开关，取下托架；
8）HF腐蚀清洗：设定氢氟酸定时开关处理时间为40s，将托架放入5%HF酸槽中，同时启动开关，使指示灯变亮。用手摆动托架，摇摆频率为50次/分，指示灯熄灭后,将托架提起；
9）第三次水洗：从HF酸槽中提出托架后，迅速浸入第四水洗槽中（纯水流量大于10L/min），摆动清洗12次，摆动频率为50次/分。
将托架再浸入第五水洗槽（纯水流量大于10L/min）中，清洗时间设定为25秒，同时启动定时器开关，使指示灯变亮。手工摆动清洗，摇摆频率为40次/分，指示灯熄灭后,将托架提起；
10）脱水干燥：设定脱水机的转速应为1700转/分，时间190s，确认N2流量大于60L/min。从托架上取下BE硅块模，安放在脱水机内的对称平衡的位置上，盖紧脱水机盖子，启动开关，进行脱水；
11）干燥空气的干燥：脱水机自动停止运转后, 打开罩盖，用毛巾擦干手套, 取出脱水机中的BE硅块模,放置在干燥铝架上。将干燥铝架放入硅块干燥装置的传送带上。
干燥装置的传送带速度为38（cm/min），干燥空气的流量应大于400L/min；
12）硅块干燥完成后，即可转下道工序与电极引线进行组装烧结。
实施例3
1）混合酸配制:按硝酸HNO3（分析纯AR，68%）：氢氟酸HF（分析纯AR，40%）：磷酸H3PO4（分析纯AR，85%）=5：3：5的比例，配制25升混合酸，加入1025g乙二酸。开启搅拌器搅拌至乙二酸完全溶解。开启冷却装置电源，设定液温为7℃；
2）将待处理硅块装入BE塑料模,再将装有硅块的BE模安装在塑料托架上;
3)混酸处理:开启酸腐蚀装置总电源.将装有硅块模的托架挂到机械手摆臂上，设定混酸腐蚀时间为160s，设定机械手摆臂频次70次/min。开启机械手开关，硅块模上下摆动进行混酸处理。处理中保证硅块模上模面完全浸于混酸液中;
4)腐蚀量测定:腐蚀完毕后，将托架迅速浸于喷流式水槽（第一水洗槽）中上下摇动10~15次，水槽中纯水流量大于10升/min。取出硅块模，从硅块模四个角中各抽样一只硅块，将硅块放到JTT投影仪专用的测定架上，将测定架放在投影位置，调节投影仪的焦距，测定腐蚀量应为70μm;
5)第一次水洗:将装有硅块模的托架放在第二水洗槽的摆臂上（摆动频率为47次/分，纯水流量大于10L/min），启动开关，清洗3分钟。 水洗结束，乐声警报鸣响后，按下“复位”开关上升把手，卸下托架;
6)硝酸腐蚀清洗:将托架放入6.5%硝酸槽（硅块模应浸没于硝酸液中）内，同时启动定时开关(设定硝酸处理时间为40s),使指示灯变亮。用手摇动托架，摇摆频率为60次/分，指示灯熄灭后,将托架提起；
7）第二次水洗：将托架浸于第三水槽（纯水流量大于10L/min），摆动清洗15次，再将托架挂到摆臂上（摆动频率为62次/分），启动开关，清洗3分钟。 乐声响后，按“复位”开关，取下托架；
8）HF腐蚀清洗：设定氢氟酸定时开关处理时间为40s，将托架放入5%HF酸槽中，同时启动开关，使指示灯变亮。用手摆动托架，摇摆频率为60次/分，指示灯熄灭后,将托架提起；
9）第三次水洗：从HF酸槽中提出托架后，迅速浸入第四水洗槽中（纯水流量大于10L/min），摆动清洗15次，摆动频率为70次/分;
将托架再浸入第五水洗槽（纯水流量大于10L/min）中，清洗时间设定为35秒，同时启动定时器开关，使指示灯变亮。手工摆动清洗，摇摆频率为60次/分，指示灯熄灭后,将托架提起；
10）脱水干燥：设定脱水机的转速应为1800转/分，时间210s，确认N2流量大于60L/min。从托架上取下BE硅块模，安放在脱水机内的对称平衡的位置上，盖紧脱水机盖子，启动开关，进行脱水；
11）干燥空气的干燥：脱水机自动停止运转后, 打开罩盖，用毛巾擦干手套, 取出脱水机中的BE硅块模,放置在干燥铝架上。将干燥铝架放入硅块干燥装置的传送带上;
干燥装置的传送带速度为42（cm/min），干燥空气的流量应大于400L/min；
12）硅块干燥完成后，即可转下道工序与电极引线进行组装烧结。
Claims (3)
1.高压二极管硅块台面腐蚀工艺，其特征在于以下步骤：
1)混合酸配制:把HNO3：HF：H3PO4按照5：3：5的比例，配制25L混合酸，加入1025g乙二酸；开启搅拌器搅拌至乙二酸完全溶解；开启冷却装置电源，设定液温为6±1℃；
2)将待处理硅块装入BE塑料模,再将装有硅块的BE模安装在塑料托架上；
3)混酸处理:开启酸腐蚀装置总电源；将装有硅块模的托架挂到机械手摆臂上，设定混酸腐蚀时间为150±10s，设定机械手摆臂频次65±5次/min；开启机械手开关，硅块模上下摆动进行混酸处理；处理中保证硅块模上模面完全浸于混酸液中；
4)腐蚀量测定:腐蚀完毕后，将托架迅速浸于第一水洗槽中上下摇动10～15次，水槽中纯水流量大于10L/min；取出硅块模，从硅块模四个角中各抽样一只硅块，将硅块放到JTT投影仪专用的测定架上，将测定架放在投影位置，调节投影仪的焦距，测定腐蚀量应为60±10μm；
5)第一次水洗:将装有硅块模的托架放在第二水洗槽的摆臂上，摆动频率为45±2次/min，纯水流量大于10L/min，启动开关，清洗3min；水洗结束，乐声警报鸣响后，按下“复位”开关上升把手，卸下托架；
6)硝酸腐蚀清洗:将托架放入6.5％硝酸槽内，硅块模应浸没于硝酸液中，同时启动定时开关，设定硝酸处理时间为40s,使指示灯变亮；用手摇动托架，摇摆频率为50±10次/min，指示灯熄灭后,将托架提起；
7)第二次水洗：将托架浸于第三水槽，纯水流量大于10L/min，摆动清洗10～15次，再将托架挂到摆臂上，摆动频率为60±2次/min，启动开关，清洗3min；乐声响后，按“复位”开关，取下托架；
8)HF腐蚀清洗：设定氢氟酸定时开关处理时间为40s，将托架放入5％HF酸槽中，同时启动开关，使指示灯变亮，用手摆动托架，摇摆频率为50±10次/min，指示灯熄灭后,将托架提起；
9)第三次水洗：从HF酸槽中提出托架后，迅速浸入第四水洗槽中，纯水流量大于10L/min，摆动清洗10～15次，摆动频率为50±10次/min；
将托架再浸入第五水洗槽中，纯水流量大于10L/min，清洗时间设定为30±5秒，同时启动定时器开关，使指示灯变亮；手工摆动清洗，摇摆频率为50±10次/min，指示灯熄灭后,将托架提起；
10)脱水干燥：设定脱水机的转速应为1750±50转/min，时间200±10s，确认N2流量大于60L/min；从托架上取下BE硅块模，安放在脱水机内的对称平衡的位置上，盖紧脱水机盖子，启动开关，进行脱水；
11)干燥空气的干燥：脱水机自动停止运转后,打开罩盖，用毛巾擦干手套,取出脱水机中的BE硅块模,放置在干燥铝架上；将干燥铝架放入硅块干燥装置的传送带上；
干燥装置的传送带速度为40±2cm/min，干燥空气的流量应大于400L/min；
12)硅块干燥完成后，即转下道工序与电极引线进行组装烧结。
2.根据权利要求1所述的高压二极管硅块台面腐蚀工艺，其特征是所述的第一水洗槽、第二水洗槽、第三水洗槽、第四水洗槽和第五水洗槽都是喷流式水槽。
3.根据权利要求1所述的高压二极管硅块台面腐蚀工艺，其特征是所述混酸中三种单酸：HNO3的分析纯AR是65～68％，HF的分析纯AR是40％，H3PO4的分析纯AR是85％。
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