CN104377129B - 一种1.3万伏以上超高压、快恢复玻璃封装二极管的制作方法 - Google Patents
一种1.3万伏以上超高压、快恢复玻璃封装二极管的制作方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种1.3万伏以上超高压、快恢复玻璃封装二极管的制作方法，包括：N型半导体硅材料作为半导体衬底，在N型半导体衬底上掺杂N+型杂质，去除半导体衬底一面的N+型杂质层，在暴露出的N‑型半导体材料上再双杂质掺杂P+型杂质，再进行重金属铂掺杂，采用真空镀膜工艺制作硅片两面的金属化层，多芯片冶金键合成管芯组件，将硅片分割成所需尺寸的管芯，将分割后的管芯组件与引线组件通过高温烧结冶金键合，玻璃钝化封装，将调制好的玻璃粉糊涂覆在串联的12片管芯上，即完成玻璃封装二极管的制作。本发明产品具有电压高、正向小、反向恢复短、高温工作稳定好，长期工作可靠性高等特点，广泛应用于航空、航天、电子、兵器、船舶等领域。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，涉及一种1.3万伏以上超高压、快恢复玻璃封装二极管的制作方法。
背景技术
在大型或高压电路中，一般的整流二极管由于反向耐压太低，在负半周时PN结被击穿而无法完成整流功能，因此国内外普遍采用多个二极管串联的方式组成硅堆，来实现高的反向耐压。但由于多个二极管串联，工艺繁复、不适于大批量生产，串联后的硅堆体积大、安装不便，串联后硅堆总的正向压降是每个二极管的体压降之和，在产品工作时正向功率损耗大，整流效果差。尤其是高频电路中做整流用的1.3万伏以上的超高压快恢复二极管目前在国内还属于空白。因此，超高压、快恢复二极管制作方法的意义就是要实现产品体积小型化、高频化、电压超高化(1.3万伏以上)。
发明内容
本发明的目的是提供一种1.3万伏以上超高压、快恢复玻璃封装二极管的制作方法，解决了现有技术中存在的问题，制作的超高压快恢复二极管电压高、正向小、反向恢复短、高温工作稳定好，长期工作可靠性高。
为解决上述问题，本发明实例提供一种1.3万伏以上超高压、快恢复玻璃封装二极管的制作方法，该方法包括下述步骤：
步骤S101，提供N型半导体硅材料作为半导体衬底；
步骤S102，采用高温扩散的方法在N型半导体衬底上掺杂N+型杂质，扩散温度为1000℃～1200℃，保证扩散结深达到40μm～100μm；
步骤S103，采用磨片的方法去除半导体衬底一面的N+型杂质层，暴露出N-层；
步骤S104，在暴露出的N-型半导体材料上再双杂质掺杂P+型杂质，采用高温扩散的方法形成PN扩散结，扩散温度在1000℃～1200℃，P+型杂质扩散结深达到40μm～80μm；
步骤S105，对掺杂好的硅片，再采用高温扩散的方法进行重金属铂掺杂，使重金属铂掺杂后，扩散温度在900℃～950℃；
步骤S106，采用真空镀膜工艺制作硅片两面的金属化层Al，金属化层厚度为5～13μm；
步骤S107，多芯片冶金键合成管芯组件，采用若干片管芯与外引线进行冶金键合，在多温区进行烧结；
步骤S108，采用机械分割法将硅片分割成所需尺寸的管芯；
步骤S109，将分割后的管芯组件与引线组件通过高温烧结冶金键合，烧结温度为400℃～780℃；
步骤S110，玻璃钝化封装，封装前采用多管芯台面腐蚀液腐蚀管芯，露出PN结，采用缩铝腐蚀液去除多余的铝层，然后将调制好的玻璃粉涂覆在腐蚀后并串联的管芯上，置于多温区烧结炉内高温键合，出炉后降至室温，即完成玻璃封装二极管的制作。
进一步地，步骤S101中，根据不同的反向电压选择材料电阻率40～50Ω.cm，单管电压至少在1500V以上，所述N型衬底的厚度为500μm。
进一步地，在N型半导体衬底上掺杂N+型杂质为P2O5或磷烷。
进一步地，在暴露出的N-型半导体材料上再双杂质掺杂P+型杂质为硼的化合物B2O3、硼的氟化物BF或硼烷和铝的化合物AlNO3。
进一步地，步骤S105中，所述重金属铂掺杂，铂材料按照质量比为氯铂酸：酒精＝0.1～1g：1000ml比例配制。
进一步地，步骤S107中，若干片管芯与外引线以20-100mm/min行进速率依次在高纯N2保护的多温区烧结冶金键合，温区为：550℃～600℃、650℃～750℃、700℃～800℃、600℃～700℃；烧结完成后，在400℃～600℃的温度下进行高温合金。
进一步地，所述多管芯台面腐蚀液按照下述质量比的原料配制而成：
HNO3：HF：H3PO4：HAC＝(2-4)：(1-2)：(1-3)：(1-3)。
进一步地，所述去除铝层缩铝腐蚀液按照下述质量比的原料配制而成：
H3PO4：H20＝(1-2):(5-10)。
进一步地，所述多管芯台面腐蚀时间为30s～3min；所述去除铝层腐蚀时间为2～5min。
进一步地，步骤S110中，将玻璃粉涂覆后的管芯组件与引线组件以20-100mm/min行进速率依次在多温区烧结炉内高温键合，温区范围确定为：450℃～550℃、500℃～600℃、550℃～650℃、600℃～750℃、500℃～600℃。
进一步地，所述玻璃钝化烧结采用高温耐酸玻璃粉。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明实例通过多管芯烧结工艺实现PN结串联，替代单个二极管产品串联，有效的减小了产品的封装体积，并通过全新的管芯材料设计和管芯纵向结构设计，保证反向电压达到1.3万伏以上，并有效减小正向压降。
本发明采用在管芯两面用真空镀膜的方式制作金属化层，提高了管芯之间和管芯组件与引线组件之间的焊接强度，为缩小产品封装体积提供保证。
本发明采用需将12片左右的管芯在550℃～800℃的温度范围内冶金键合在一起(串联)，并对多个管芯同时进行台面PN结腐蚀，将反向电压提高到1.3万伏以上，远大于国内已有产品的反向电压指标。
本发明采用在温度梯度多温区400℃～780℃的温度范围内将管芯组件与引线组件进行冶金键合，提高了管芯组件与引线组件之间的焊接强度，同时减小产品热阻(工作时的热损耗)，提高产品长期工作稳定性。
本发明采用将调制好的玻璃粉涂覆在串联的12片管芯上，经500℃～700℃高温烧结后完成玻璃钝化，在减小产品封装体积的同时，有效的降低漏电流，提高高温工作稳定性和可靠性。
国内已有技术多用单独的二极管串联实现1万伏以上的产品，但体积太大，可靠性低，且未见能达到相同技术指标的同类产品。
本发明由于是将PN结直接串联，因此比单个二极管产品串联有效的减小了产品的正向压降，但对于正向损耗要求更小的电路，就必须通过全新的制造方法来实现。整流二极管的反向电压、正向压降、反向恢复时间在设计和工艺中是互相矛盾的参数，当反向电压达到1.3万伏以上时，单管电压至少要在1500V以上，管芯材料的电阻率要提高、高阻区厚度也要提高，但同时产品正向压降会增大；反向恢复时间要减小，就必须采用重金属掺杂来降低少子寿命，同时产品的正向压降也会增大。因此既要保证1.3万伏以上的电压，又要使产品正向电压很小(<10V)，还要保证反向恢复时间(≤250ns)的超高压二极管制作方法就非常有意义。
国内已有技术是将7、8片管芯串联的产品，但电压要达到1万伏很困难，出个别产品可以，但无法批量生产，同时正向和反向恢复时间指标都很差，本发明采用高温管芯冶金键合工艺将多个PN结管芯冶金键合、采用多管芯台面腐蚀工艺和玻璃封装工艺解决了上述问题。
本发明产品已广泛应用于航空、航天、电子、兵器、船舶等领域，以体积小、安装方便、产品可靠性高等优点得到用户认可。
本发明产品具有电压高、正向小、反向恢复短、高温工作稳定好，长期工作可靠性高等特点，在市场上无可替代，是超高压快恢复二极管的生产方向。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明超高压快恢复二极管的制作方法流程示意图。
图2是本发明N型杂质掺杂示意图。
图3是本发明P型杂质掺杂示意图。
图4是本发明制作硅片两面的金属化层。
图5是多芯片冶金键合成管芯组件剖面图。
图6是管芯组件与引线组件冶金键合剖面图。
图7是玻璃钝化封装剖面图。
图中：11是N型硅材料层，12是高浓度N型杂质掺杂层，13是高浓度P型杂质掺杂层，14是多层金属化层，15是多芯片冶金键合成管芯组件，16是分割后的管芯组件与引线组件，16-1为钼柱，17为铜引线，17-1玻粉。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
结合图1的流程图对本发明的方法步骤进行说明：
步骤S101，提供半导体衬底，所述半导体衬底为N型半导体硅材料，可根据不同的反向电压选择不同的材料电阻率，为保证1.3万伏以上的反向电压，单管电压至少要在1500V以上，材料电阻率要选择在40～50Ω.cm，N型衬底的厚度为500μm；见图2的N型硅材料层11；
步骤S102，在N型半导体衬底上掺杂N+型杂质(磷的氧化物，例如P2O5或磷烷)，一般采用高温扩散的方法实现，扩散温度在1000℃～1200℃，保证扩散结深达到40μm～100μm；见图2的高浓度N型杂质掺杂层12；
步骤S103，采用磨片的方法去除半导体衬底一面的N+型杂质层，暴露出N-层，为掺杂P+型杂质做准备；
步骤S104，在暴露出的N-型半导体材料上再双杂质掺杂P+型杂质(硼的氧化物，例如B2O3，硼的氟化物，铝的化合物，例如AlNO3)，也采用高温扩散的方法形成PN扩散结，扩散温度在1000℃～1200℃，既要保证高反压，又要降低正向压降，就必须使，P+型杂质扩散结深达到40μm～80μm；见图3的高浓度P型杂质掺杂层13；
步骤S105，对掺杂好的硅片，再采用高温扩散的方法进行重金属(铂)掺杂，为使重金属(铂)掺杂后，正向压降尽可能小，扩散温度选择在900℃～950℃，铂材料的配比为，氯铂酸：酒精＝0.1～1g：1000ml；
步骤S106，采用真空镀膜工艺制作硅片两面的金属化层，因该层金属化层要作为管芯之间及管芯和引线组件之间冶金键合的焊接材料，因此选择Al作为该层金属，Al层厚度为5～13μm；见图4的多层金属化层14；
步骤S107，多芯片冶金键合成管芯组件。12片管芯与外引线进行冶金键合，要保证在键合过程中管芯之间不出现断裂、错位等，采用专用工装夹具将12片管芯通过高温烧结工艺冶金键合在一起；为保证多芯片之间多层焊料的充分融化和焊接，烧结以20-100mm/min行进速率依次在高纯N2保护的多温区烧结，温区为：550℃～600℃、650℃～750℃、700℃～800℃、600℃～700℃；为提高多芯片之间多层焊料的焊接强度，烧结完成后，还要在400℃～600℃的温度下进行高温合金；见图5的多芯片冶金键合成管芯组件15；
步骤S108，采用机械分割法将硅片分割成所需尺寸的管芯，一般为Φ1.65mm、Φ2.2mm、Φ3.2mm等；见图6的管芯；
步骤S109，将分割后的管芯组件与引线组件通过高温烧结冶金键合，烧结温度400℃～700℃；见图6的分割后的管芯组件与引线组件16，其中，16-1为钼柱；
步骤S110，玻璃钝化封装。封装前的多管芯台面腐蚀工艺，采用多管芯台面腐蚀液腐蚀管芯，露出PN结，采用缩铝腐蚀液去除多余的铝层，反向电压能否达到1.3万伏以上的决定性工艺，然后将调制好的玻璃粉涂覆在串联的12片管芯上时，要保证玻璃粉只涂覆在管芯上，引线上不能有任何玻璃粉；然后将其以20-100mm/min行进速率依次在多温区烧结炉内高温键合，为保证玻璃的充分融化和良好的再结晶，同时提高玻璃的强度、抗热疲劳能力等，温区范围确定为：450℃～550℃、500℃～600℃、550℃～650℃、600℃～750℃、500℃～600℃。出炉后降至室温，即完成PN结玻璃钝化。见图7的17为铜引线，其中，17-1为玻粉。
由于多管芯腐蚀台面需要将每个独立管芯的PN结台面都要腐蚀到平整、光滑，才能保证单管芯电压1500V以上硬特性，多管芯才能达到13KV以上，因此多管芯台面腐蚀是本发明的技术难点之一。
为保证多管芯中的每个独立管芯的PN结台面都腐蚀到平整、光滑，首先要确定最佳的腐蚀液配比和腐蚀时间，既要腐蚀好台面，又不能使硅材料腐蚀的过深，同时还要避免腐蚀时间长产生的热量使管芯最外层的铝层起皮、脱落。通过大量的工艺摸索和工艺验证，腐蚀液按照质量比为：HNO3：HF：H3PO4：HAC＝(2-4)：(1-3)：(1-2)：(1-2)。腐蚀时间为：30秒～3分钟。
下面给出不同腐蚀液配比表。
表1不同腐蚀液配比：
| 配比 | HNO3 | HF | H3PO4 | HAC |
| 1 | 4 | 2 | 1 | 1.5 |
| 2 | 2 | 1 | 1 | 1 |
| 3 | 4 | 3 | 2 | 2 |
PN结台面腐蚀完成后，覆盖在硅材料两面的铝层会形成檐型突出在芯片四周，这些突出的铝层在下一步的高温烧结中会融化并覆盖在PN结台面上使PN结短路，因此在PN结台面腐蚀完成后，管芯玻璃涂覆前，必须将这些突出的铝层去除，这也是本发明的技术难点之一。在去除铝层时，既不能去除的过多(去除过多，影响管芯烧结质量)，也不能去除不全(去除不全会影响产品反向耐压)，同时在去除铝层时，还不能使已腐蚀好的台面遭到破坏。因此，经过大量反复的工艺试验，确定缩铝腐蚀液配比为：H3PO4：H20＝(1-2):(5-10)(体积比)，腐蚀时间：2-5分钟。
表2为本发明的实例产品与国内产品的技术指标对比。
表2与国内产品对比：
| 性能测试 | VRRM(V) | IR1(μA) | VF(V) | trr(ns) | 外形 |
| 国内已有产品 | 8000V | IR1≤100μA | VF≤25V | ≤500 | 轴向封装 |
| 本发明产品 | 13000V | IR1≤5μA | VF≤10V | ≤200 | EM-3A |
与国内产品相比，在技术指标、质量、可靠性上，本发明实例均优于国内同类产品；国外没有同类产品。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种1.3万伏以上超高压、快恢复玻璃封装二极管的制作方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：
步骤S101，提供N型半导体硅材料作为半导体衬底；
步骤S102，采用高温扩散的方法在N型半导体衬底上掺杂N+型杂质，扩散温度为1000℃～1200℃，保证扩散结深达到40μm～100μm；
步骤S103，采用磨片的方法去除半导体衬底一面的N+型杂质层，暴露出N-层；
步骤S104，在暴露出的N-型半导体材料上再双杂质掺杂P+型杂质，采用高温扩散的方法形成PN扩散结，扩散温度在1000℃～1200℃，P+型杂质扩散结深达到40μm～80μm；
步骤S105，对掺杂好的硅片，再采用高温扩散的方法进行重金属铂掺杂，使重金属铂掺杂后，扩散温度在900℃～950℃；
步骤S106，采用真空镀膜工艺制作硅片两面的金属化层Al，金属化层厚度为5～13μm；
步骤S107，多芯片冶金键合成管芯组件，采用若干片管芯与外引线进行冶金键合，在多温区进行烧结；
步骤S108，采用机械分割法将硅片分割成所需尺寸的管芯；
步骤S109，将分割后的管芯组件与引线组件通过高温烧结冶金键合，烧结温度为400℃～780℃；
步骤S110，玻璃钝化封装，封装前采用多管芯台面腐蚀液腐蚀管芯30s～3min，多管芯台面腐蚀液按照质量比HNO3：HF：H3PO4：HAC＝(2-4)：(1-2)：(1-3)：(1-3)配制，露出PN结；采用缩铝腐蚀液去除多余的铝层腐蚀2～5min，去除铝层缩铝腐蚀液按照质量比H3PO4：H20＝(1-2):(5-10)配制；然后将调制好的玻璃粉涂覆在腐蚀后并串联的管芯上，置于多温区烧结炉内高温键合，出炉后降至室温，即完成玻璃封装二极管的制作。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于，步骤S101中，根据不同的反向电压选择材料电阻率40～50Ω.cm，单管电压至少在1500V以上，所述N型衬底的厚度为500μm。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于，在N型半导体衬底上掺杂N+型杂质为P2O5或磷烷。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在暴露出的N-型半导体材料上再双杂质掺杂P+型杂质为硼的化合物B2O3、硼的氟化物BF或硼烷和铝的化合物AlNO3。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S105中，所述重金属铂掺杂，铂材料按照质量比为氯铂酸：酒精＝0.1～1g：1000ml比例配制。
6.据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S107中，若干片管芯与外引线以20-100mm/min行进速率依次在高纯N2保护的多温区烧结冶金键合，温区为：550℃～600℃、650℃～750℃、700℃～800℃、600℃～700℃；烧结完成后，在400℃～600℃的温度下进行高温合金。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S110中，将玻璃粉涂覆后的管芯组件与引线组件以20-100mm/min行进速率依次在多温区烧结炉内高温键合，温区范围确定为：450℃～550℃、500℃～600℃、550℃～650℃、600℃～750℃、500℃～600℃。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3844029A (en) * | 1972-02-02 | 1974-10-29 | Trw Inc | High power double-slug diode package |
| CN2821869Y (zh) * | 2005-08-15 | 2006-09-27 | 鞍山圣罗佳高压器件有限公司 | 无铅塑封高压二极管 |
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| CN102709333A (zh) * | 2012-06-16 | 2012-10-03 | 中国振华集团永光电子有限公司 | 低电容玻璃实体封装硅瞬态电压抑制二极管及其制造方法 |
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3844029A (en) * | 1972-02-02 | 1974-10-29 | Trw Inc | High power double-slug diode package |
| CN2821869Y (zh) * | 2005-08-15 | 2006-09-27 | 鞍山圣罗佳高压器件有限公司 | 无铅塑封高压二极管 |
| CN201017891Y (zh) * | 2007-01-30 | 2008-02-06 | 鞍山圣罗佳高压器件有限公司 | 100mA以上塑料封装高压二极管 |
| CN101630677A (zh) * | 2009-08-11 | 2010-01-20 | 常州佳讯光电产业发展有限公司 | 高频快恢复二极管 |
| CN102082092A (zh) * | 2009-11-27 | 2011-06-01 | 中国振华集团永光电子有限公司 | 玻璃钝化台面二极管酸腐蚀工艺 |
| CN102709333A (zh) * | 2012-06-16 | 2012-10-03 | 中国振华集团永光电子有限公司 | 低电容玻璃实体封装硅瞬态电压抑制二极管及其制造方法 |
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