CN106024624B - 一种高可靠抗辐照瞬变电压抑制二极管的制造方法 - Google Patents
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
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Abstract
本发明提供的一种高可靠抗辐照瞬变电压抑制二极管的制造方法,采用钼或钨作为电极引线,管芯采用铝作为焊料,芯片采用深结扩散工艺,台面造型为正斜角造型,该芯片结构降低表面电场,同时在进行玻璃钝化封装前,采用酸、碱腐蚀工艺及钝化工艺对芯片台面进行保护,然后采用特殊玻璃粉进行高温钝化封装成型;本发明芯片成正斜角,降低了器件的表面电场,提高了芯片表面的稳定性;在芯片腐蚀过程中最大限度的清洁了芯片表面,减少了界面电荷的影响,使器件具有良好的雪崩击穿性能,提升产品的可靠性;由于钝化层较厚,同时具有一定的含铅量使产品能在辐照条件下稳定工作。
Description
技术领域
本发明涉二极管制作工艺,尤其涉及一种高可靠抗辐照瞬变电压抑制二极管的制造方法。
背景技术
瞬态电压抑制二极管是一种稳压二极管形式的高效瞬态电压保护器件,当瞬态抑制二极管受到反向瞬态高能量冲击时,其工作阻抗能立即降至很低的导通值,从而吸收较大的浪涌脉冲功率,并将电压箝制到预定水平,有效地保护电子线路中的精密关键元器件,免受高压浪涌脉冲的损坏,因此瞬态吸收功率是器件的重要技术指标。本发明涉及一种大功率高可靠抗辐照玻璃钝化瞬态电压抑制二极管的制造方法,由于传统玻璃钝化瞬态电压抑制二极管采用钼电极,金属钼导热率较差,而金属钨的导热率高于钼,本发明采用了钨电极作为电极引线制造玻璃钝化瞬态电压抑制二极管,大大提升了器件的瞬态峰值功率,相同封装外形尺寸可以提升80%的瞬态峰值功率。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供了一种高可靠抗辐照瞬变电压抑制二极管的制造方法。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种高可靠抗辐照瞬变电压抑制二极管的制造方法,采用钼或钨作为电极引线,管芯采用铝作为焊料,芯片采用深结扩散工艺,台面造型为正斜角造型,该芯片结构降低表面电场,同时在进行玻璃钝化封装前,采用酸、碱腐蚀工艺及钝化工艺对芯片台面进行保护,然后采用特殊玻璃粉进行高温钝化封装成型;其具体步骤为:
a)通过深结扩散方法在单晶硅片上形成PN结,再通过电子束蒸发的方法在PN结的P面和N面制备铝或银的金属薄膜层;
b)通过吹砂切割将镀有金属薄膜层的单晶硅片吹砂成型成截面为梯形台面的管芯;
c)采用清洗剂对切割好的管芯进行腐蚀清洗14~16min,腐蚀完成后的管芯用丙酮进行超声波清洗8~12min,再用酒精进行超声波清洗8~12min,然后脱水、烘干;
d)通过高温烧结将电极与金属引线烧焊成一个整体的电极引线,再电极引线、管芯、电极引线依次竖直叠放到石墨模具中,再将石墨模具放入真空烧结炉中将电极引线和管芯进行熔焊键和。
e)将烧焊后的二极管插入腐蚀盘中使用酸腐蚀液对其进行腐蚀,腐蚀完成后使用离子水清洗;
f)将酸腐蚀后的二极管放入碱腐蚀液中腐蚀清洗3~5min,去除后用冷、热去离子水交替冲洗10次;
g)将酸腐蚀后的二极管放入温度为55~60℃的钝化液中钝化1~3min;
h)将碱腐蚀清洗后的二极管装载在石墨条上,台面上采用自动涂粉及均匀涂覆颗粒度在800目以上的玻璃粉浆,形成均匀的球体,涂粉后送入低温成型炉中进行成型2~3h。
所述清洗剂按质量百分比是65%~68%的硝酸、≥40%的氢氟酸、95%~98%的硫酸、≥99.5%的冰乙酸按体积比8:2:2:5的混合溶液。
所述高温烧结的焊料为铜焊片,其高温烧结温度为800~900℃。
所述管芯上的金属薄膜为管芯键和的焊料,其熔焊键和的温度为620~750℃。
所述酸腐蚀液按质量百分比是分析纯的65%~68%的硝酸、≥40%的氢氟酸、95%~98%的硫酸、≥99.5%的冰乙酸按体积比12:9:12:6的混合溶液。
所述碱腐蚀液为3%~6%的氢氧化钾溶液,碱腐蚀液温度为90~95℃。
所述钝化液按质量百分比是≥30%的双氧水、≥85%的双氧水和离子水按2:2:5混合的混合液。
所述玻璃粉中含有2%~10%的铅,其膨胀系数与钼、钨电极相近。
所述低温成型炉升温速率10~15℃/min,升温时间45~65min,最高烧结温度660℃,恒温时间5~15min,降温速率≤5℃/min。
本发明的有益效果在于:芯片分离采用正吹砂切割方式形成正斜角,大大降低了器件的表面电场,提高了芯片表面的稳定性;在芯片腐蚀过程中采用酸腐蚀去除芯片台面损伤层、腐蚀工艺去除粘附在芯片表面的重金属离子、热钝化方式中和碱金属离子并在芯片表面生长一层二氧化硅钝化保护层的工艺,最大限度的清洁了芯片表面,减少了界面电荷的影响,使器件具有良好的雪崩击穿性能,提升产品的可靠性;产品采用具有一定含铅成分的玻璃粉经高温成型实现产品的钝化兼封装作用,由于钝化层较厚,同时具有一定的含铅量使产品能在辐照条件下稳定工作。产品组件中的钼(钨)电极与芯片和玻璃钝化层的热膨胀系数相当,提升了产品的热匹配性能,同时在产品玻璃粉的成型过程中采用低温成型工艺,升温、降温速率较慢,能较好的释放玻璃钝化层中的应力,器件能在-65~200℃的温度条件下工作,具有较高的可靠性。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案,但要求保护的范围并不局限于所述。
一种高可靠抗辐照瞬变电压抑制二极管的制造方法,采用钼或钨作为电极引线,管芯采用铝作为焊料,芯片采用深结扩散工艺,台面造型为正斜角造型,该芯片结构降低表面电场,同时在进行玻璃钝化封装前,采用酸、碱腐蚀工艺及钝化工艺对芯片台面进行保护,然后采用特殊玻璃粉进行高温钝化封装成型;其具体步骤为:
a)通过深结扩散方法在单晶硅片上形成PN结,再通过电子束蒸发的方法在PN结的P面和N面制备铝或银的金属薄膜层;
b)通过吹砂切割将镀有金属薄膜层的单晶硅片吹砂成型成截面为梯形台面的管芯;
c)采用清洗剂对切割好的管芯进行腐蚀清洗14~16min,腐蚀完成后的管芯用丙酮进行超声波清洗8~12min,再用酒精进行超声波清洗8~12min,然后脱水、烘干;
d)通过高温烧结将电极与金属引线烧焊成一个整体的电极引线,再电极引线、管芯、电极引线依次竖直叠放到石墨模具中,再将石墨模具放入真空烧结炉中将电极引线和管芯进行熔焊键和。
e)将烧焊后的二极管插入腐蚀盘中使用酸腐蚀液对其进行腐蚀,腐蚀完成后使用离子水清洗;
f)将酸腐蚀后的二极管放入碱腐蚀液中腐蚀清洗3~5min,去除后用冷、热去离子水交替冲洗10次;
g)将酸腐蚀后的二极管放入温度为55~60℃的钝化液中钝化1~3min;
h)将碱腐蚀清洗后的二极管装载在石墨条上,台面上采用自动涂粉及均匀涂覆颗粒度在800目以上的玻璃粉浆,形成均匀的球体,涂粉后送入低温成型炉中进行成型2~3h。
所述清洗剂按质量百分比是65%~68%的硝酸、≥40%的氢氟酸、95%~98%的硫酸、≥99.5%的冰乙酸按体积比8:2:2:5的混合溶液。
所述高温烧结的焊料为铜焊片,其高温烧结温度为800~900℃。
所述管芯上的金属薄膜为管芯键和的焊料,其熔焊键和的温度为620~750℃。
所述酸腐蚀液按质量百分比是分析纯的65%~68%的硝酸、≥40%的氢氟酸、95%~98%的硫酸、≥99.5%的冰乙酸按体积比12:9:12:6的混合溶液。
所述碱腐蚀液为3%~6%的氢氧化钾溶液,碱腐蚀液温度为90~95℃。
所述钝化液按质量百分比是≥30%的双氧水、≥85%的双氧水和离子水按2:2:5混合的混合液。
所述玻璃粉中含有2%~10%的铅,其膨胀系数与钼、钨电极相近。
所述低温成型炉升温速率10~15℃/min,升温时间45~65min,最高烧结温度660℃,恒温时间5~15min,降温速率≤5℃/min。
实施例1
一种高可靠抗辐照瞬变电压抑制二极管的制造方法,采用钼作为电极引线,管芯采用铝作为焊料,芯片采用深结扩散工艺,台面造型为正斜角造型,该芯片结构降低表面电场,同时在进行玻璃钝化封装前,采用酸、碱腐蚀工艺及钝化工艺对芯片台面进行保护,然后采用特殊玻璃粉进行高温钝化封装成型;步骤为:
(1)制备管芯。芯片采用N型单晶硅片,硅片电阻率根据实际电压要求选取范围为:0.002Ω·cm,能实现从8V的击穿电压。单晶硅片先进行磨片处理,芯片减薄后厚度为:240um。采用磷、硼纸源扩散,其中磷纸源牌号为P50,硼纸源牌号为B20,扩散温度:1249℃,扩散时间15小时,扩散后磷面结深:45um,方块电阻:5Ω/□,硼面结深:45um,方块电阻:5Ω/□。磷硼扩散后形成P+N-N+的芯片结构。硼扩散后将芯片进行喷砂处理去除芯片硼面的硼硅玻璃。在扩散形成PN结的芯片通过电子束蒸发的方式在芯片表面制备铝的金属薄膜层,厚度12um。再通过吹砂切割将镀有金属薄膜层的单晶硅片吹砂成型成为梯形台面的管芯。
(2)腐蚀清洗管芯。采用硝酸、氢氟酸、硫酸、冰乙酸的混合酸对切割好的管芯进行腐蚀,硝酸、氢氟酸、硫酸和冰乙酸的质量百分浓度分别为:65、40%、95%、99.5%混合酸中硝酸、氢氟酸、硫酸和冰乙酸的体积配比为13.5:13.5:4:18,将配制好的腐蚀冷藏至0℃后对管芯腐蚀5min,腐蚀完成后的管芯用丙酮进行超声波清洗一次,时间15min,在用酒精进行超声波清洗一次,时间10min,然后脱水、烘干。通过上述混合酸的腐蚀清洗,能够有效去除芯片台面的机械损伤层和杂质离子。
(3)烧焊组装。以铜焊片作为焊料,通过高温烧结方法将钼或钨电极与铜金属引线或铜包钢丝引线烧焊在一起形成整体的电极引线,高温烧结的温度为800℃;再将两个电极引线与一个管芯配组装入石墨模具中,石墨磨具上盖板和下盖板,配组时两个电极引线的电极端面分别与管芯的P面和N面上的金属薄膜紧密接触,电极引线、管芯、电极引线依次竖直叠放,再将石墨模具放入真空烧结炉中,并在高温下将电极引线和管芯进行熔焊键合,铝金属薄膜对应的熔焊键合温度为650℃,提高熔焊键合的质量。管芯上的金属薄膜是实现电极引线与管芯键合的焊料,石墨磨具的上盖板主要是提高产品组件烧焊后的同心度。
(4)台面酸腐蚀腐蚀。将烧焊组装好的裸二极管插入专用的腐蚀盘中,并采用纯度为分析纯的硝酸、氢氟酸、冰乙酸、硫酸混合酸对其进行腐蚀,配置混合酸时硝酸、氢氟酸、冰乙酸、硫酸体积比为13.5:13.5:4:18;腐蚀次数两次,每次5min;所用硝酸、氢氟酸、冰乙酸、硫酸的质量百分比浓度分别为:65%,40%,99.5%,85%,腐蚀完成后用大量去离子水进行冲洗。上述混合酸的配比对芯片具有较好的腐蚀作用,使芯片台面腐蚀光亮、同时又能尽量减少其对电极材料中铜引线及钼电极的腐蚀。
(5)台面碱腐蚀。将酸腐蚀清洗后的产品放入浓度2%的氢氧化钾溶液中,溶液温度85℃,腐蚀时间2min,取出后用大量冷、热去离子水冲洗,次数10次,碱腐蚀的目的是清除酸腐蚀后附着在芯片台面的金属及杂质离子。成型更清洁的台面。
(6)钝化处理,将碱腐蚀清洗后额产品进行热钝化处理,其钝化液配比为双氧水、磷酸、去离子水按1:1:3,钝化液温度在45℃,钝化次数两次,时间1min,所用双氧水、磷酸纯度为分析纯,质量百分比为30%、85%。热钝化的目的是在芯片表面湿法生长一层二氧化硅钝化层,其中磷酸主要为缓冲溶液,提供酸根离子,双氧水的作用是与硅反应生成二氧化硅,实现硅表面钝化保护。同时由于钝化液是酸性液体,产品在碱腐蚀后加入酸性液体进行钝化也达到了一定的中和作用,使碱腐蚀后的产品组件更容易清洗干净。
(7)封装成型。在腐蚀清洗后的管芯装载在石墨条上,台面上采用自动涂粉及均匀涂覆玻璃粉浆,形成均匀的球体,其中钝化玻璃粉为特殊玻璃粉,颗粒度在800目,玻璃粉含铅量在2%,涂粉后送入低温成型炉中进行成型,成型时间2个小时,设备升温速率10℃/min,升温时间45min,最高烧结温度660℃,恒温时间5min,降温速率5℃/min。产品经高温成型后玻璃粉浆融凝实现的芯片台面的钝化兼封装作用,芯片台面区域的玻璃钝化层厚度1mm。
实施例2:
一种高可靠抗辐照瞬变电压抑制二极管的制造方法,采用钼作为电极引线,管芯采用铝作为焊料,芯片采用深结扩散工艺,台面造型为正斜角造型,该芯片结构降低表面电场,同时在进行玻璃钝化封装前,采用酸、碱腐蚀工艺及钝化工艺对芯片台面进行保护,然后采用特殊玻璃粉进行高温钝化封装成型;其具体步骤为:
(1)制备管芯。芯片采用N型单晶硅片,硅片电阻率根据实际电压要求选取范围为:2Ω·cm,能实现从50V的击穿电压。单晶硅片先进行磨片处理,芯片减薄后厚度为:245um。采用磷、硼纸源扩散,其中磷纸源牌号为P50,硼纸源牌号为B20,扩散温度:1250℃,扩散时间18小时,扩散后磷面结深:50um,方块电阻:4Ω/□,硼面结深:50um,方块电阻:4Ω/□。磷硼扩散后形成P+N-N+的芯片结构。硼扩散后将芯片进行喷砂处理去除芯片硼面的硼硅玻璃。在扩散形成PN结的芯片通过电子束蒸发的方式在芯片表面制备铝的金属薄膜层,厚度13um。再通过吹砂切割将镀有金属薄膜层的单晶硅片吹砂成型成为梯形台面的管芯
(2)腐蚀清洗管芯。采用硝酸、氢氟酸、硫酸、冰乙酸的混合酸对切割好的管芯进行腐蚀,硝酸、氢氟酸、硫酸和冰乙酸的质量百分浓度分别为:66%、50%、96%、99.7%混合酸中硝酸、氢氟酸、硫酸和冰乙酸的体积配比为13.5:13.5:4:18,将配制好的腐蚀冷藏至2℃后对管芯腐蚀9min,腐蚀完成后的管芯用丙酮进行超声波清洗一次,时间15min,在用酒精进行超声波清洗一次,时间10min,然后脱水、烘干。通过上述混合酸的腐蚀清洗,能够有效去除芯片台面的机械损伤层和杂质离子。
(3)烧焊组装。以铜焊片作为焊料,通过高温烧结方法将钼或钨电极与铜金属引线或铜包钢丝引线烧焊在一起形成整体的电极引线,高温烧结的温度为830℃;再将两个电极引线与一个管芯配组装入石墨模具中,石墨磨具上盖板和下盖板,配组时两个电极引线的电极端面分别与管芯的P面和N面上的金属薄膜紧密接触,电极引线、管芯、电极引线依次竖直叠放,再将石墨模具放入真空烧结炉中,并在高温下将电极引线和管芯进行熔焊键合,铝金属薄膜对应的熔焊键合温度为670℃,提高熔焊键合的质量。管芯上的金属薄膜是实现电极引线与管芯键合的焊料,石墨磨具的上盖板主要是提高产品组件烧焊后的同心度。
(4)台面酸腐蚀腐蚀。将烧焊组装好的裸二极管插入专用的腐蚀盘中,并采用纯度为分析纯的硝酸、氢氟酸、冰乙酸、硫酸混合酸对其进行腐蚀,配置混合酸时硝酸、氢氟酸、冰乙酸、硫酸体积比为13.5:13.5:4:18;腐蚀次数三次,每次5min;所用硝酸、氢氟酸、冰乙酸、硫酸的质量百分比浓度分别为:66%、50%、99.6%、87%,腐蚀完成后用大量去离子水进行冲洗。上述混合酸的配比对芯片具有较好的腐蚀作用,使芯片台面腐蚀光亮、同时又能尽量减少其对电极材料中铜引线及钼电极的腐蚀。
(5)台面碱腐蚀。将酸腐蚀清洗后的产品放入浓度4%的氢氧化钾溶液中,溶液温度92℃,腐蚀时间3min,取出后用大量冷、热去离子水冲洗,次数10次,碱腐蚀的目的是清除酸腐蚀后附着在芯片台面的金属及杂质离子。成型更清洁的台面。
(6)钝化处理,将碱腐蚀清洗后额产品进行热钝化处理,其钝化液配比为双氧水、磷酸、去离子水按1:1:3,钝化液温度在42℃,钝化次数两次,时间2min,所用双氧水、磷酸纯度为分析纯,质量百分比为50%、87%。热钝化的目的是在芯片表面湿法生长一层二氧化硅钝化层,其中磷酸主要为缓冲溶液,提供酸根离子,双氧水的作用是与硅反应生成二氧化硅,实现硅表面钝化保护。同时由于钝化液是酸性液体,产品在碱腐蚀后加入酸性液体进行钝化也达到了一定的中和作用,使碱腐蚀后的产品组件更容易清洗干净。
(7)封装成型。在腐蚀清洗后的管芯装载在石墨条上,台面上采用自动涂粉及均匀涂覆玻璃粉浆,形成均匀的球体,其中钝化玻璃粉为特殊玻璃粉,颗粒度在900目,玻璃粉含铅量在5%,涂粉后送入低温成型炉中进行成型,成型时间2.3个小时,设备升温速率12℃/min,升温时间50min,最高烧结温度660℃,恒温时间9min,将温速率4℃/min。产品经高温成型后玻璃粉浆融凝实现的芯片台面的钝化兼封装作用,芯片台面区域的玻璃钝化层厚度1.2mm。
实施例3:
一种高可靠抗辐照瞬变电压抑制二极管的制造方法,采用钨作为电极引线,管芯采用铝作为焊料,芯片采用深结扩散工艺,台面造型为正斜角造型,该芯片结构降低表面电场,同时在进行玻璃钝化封装前,采用酸、碱腐蚀工艺及钝化工艺对芯片台面进行保护,然后采用特殊玻璃粉进行高温钝化封装成型;其具体步骤为:
(1)制备管芯。芯片采用N型单晶硅片,硅片电阻率根据实际电压要求选取范围为:3Ω·cm,能实现从100V的击穿电压范围。单晶硅片先进行磨片处理,芯片减薄后厚度为:248um。采用磷、硼纸源扩散,其中磷纸源牌号为P50,硼纸源牌号为B20,扩散温度:1250℃,扩散时间25小时,工艺要求,磷面结深:52um,方块电阻:4Ω/□,硼面结深:52um,方块电阻:4Ω/□。磷硼扩散后形成P+N-N+的芯片结构。硼扩散后将芯片进行喷砂处理去除芯片硼面的硼硅玻璃。在扩散形成PN结的芯片通过电子束蒸发的方式在芯片表面制备铝的金属薄膜层,厚度14um。再通过吹砂切割将镀有金属薄膜层的单晶硅片吹砂成型成为梯形台面的管芯。
(2)腐蚀清洗管芯。采用硝酸、氢氟酸、硫酸、冰乙酸的混合酸对切割好的管芯进行腐蚀,硝酸、氢氟酸、硫酸和冰乙酸的质量百分浓度分别为:67%、60%、97%、99.7%合酸中硝酸、氢氟酸、硫酸和冰乙酸的体积配比为13.5:13.5:4:18,将配制好的腐蚀冷藏至0~5℃,将芯片倒入装有腐蚀液的容器中进行芯片腐蚀清洗,腐蚀时间为9min,腐蚀完成后的管芯用丙酮进行超声波清洗一次,时间23min,在用酒精进行超声波清洗一次,时间18min,然后脱水、烘干。通过上述混合酸的腐蚀清洗,能够有效去除芯片台面的机械损伤层和杂质离子。
(3)烧焊组装。以铜焊片作为焊料,通过高温烧结方法将钨电极与铜金属引线或铜包钢丝引线烧焊在一起形成整体的电极引线,高温烧结的温度为890℃;再将两个电极引线与一个管芯配组装入石墨模具中,石墨磨具上盖板和下盖板,配组时两个电极引线的电极端面分别与管芯的P面和N面上的金属薄膜紧密接触,电极引线、管芯、电极引线依次竖直叠放(对于单项瞬态电压抑制二极管,装模采用一颗管芯,对于双向瞬态电压抑制二极管,装模采用两颗管芯极性反向叠加)。再将石墨模具放入真空烧结炉中,并在高温下将电极引线和管芯进行熔焊键合,铝金属薄膜对应的熔焊键合温度为670℃,提高熔焊键合的质量。管芯上的金属薄膜是实现电极引线与管芯键合的焊料,石墨磨具的上盖板主要是提高产品组件烧焊后的同心度。
(4)台面酸腐蚀腐蚀。将烧焊组装好的裸二极管插入专用的腐蚀盘中,并采用纯度为分析纯的硝酸、氢氟酸、冰乙酸、硫酸对其进行腐蚀,硝酸、氢氟酸、硫酸和冰乙酸的体积配比为13.5:13.5:4:18,腐蚀两次,每次5min;所用硝酸、氢氟酸、冰乙酸、硫酸和磷酸的质量百分比浓度分别为:67%、60%、99.7%、97%、87%,腐蚀完成后用大量去离子水进行冲洗。上述混合酸的配比对芯片具有较好的腐蚀作用,使芯片台面腐蚀光亮、同时又能尽量减少其对电极材料中铜引线及钨电极的腐蚀。
(5)台面碱腐蚀。将酸腐蚀清洗后的产品放入浓度4%的氢氧化钾溶液中,溶液温度95℃,腐蚀时间4min,取出后用大量冷、热去离子水冲洗,次数10次,碱腐蚀的目的是清除酸腐蚀后附着在芯片台面的金属及杂质离子。成型更清洁的台面。
(6)钝化处理,将碱腐蚀清洗后对产品进行热钝化处理,其钝化液配比为双氧水、磷酸、去离子水按1:1:3,钝化液温度在48℃之间,钝化次数两次,每次时间2.5min,所用双氧水、磷酸纯度为分析纯,质量百分比为50%、90%。热钝化的目的是在芯片表面湿法生长一层二氧化硅钝化层,其中磷酸主要为缓冲溶液,提供酸根离子,双氧水的作用是与硅反应生成二氧化硅,实现硅表面钝化保护。同时由于钝化液是酸性液体,产品在碱腐蚀后加入酸性液体进行钝化也达到了一定的中和作用,使碱腐蚀后的产品组件更容易清洗干净。
(7)封装成型。在腐蚀清洗后的管芯装载在石墨条上,台面上采用自动涂粉及均匀涂覆玻璃粉浆,形成均匀的球体,其中钝化玻璃粉为特殊玻璃粉,颗粒度在1000目以上,玻璃粉含铅量在9%,涂粉后送入低温成型炉中进行成型,成型时间2.5个小时,设备升温速率13℃/min,升温时间63min,最高烧结温度660℃,恒温时间14min,将温速率2℃/min。产品经高温成型后玻璃粉浆融凝实现的芯片台面的钝化兼封装作用,芯片台面区域的玻璃钝化层厚度1.4mm。
实施例4:
一种高可靠抗辐照瞬变电压抑制二极管的制造方法,采用钨作为电极引线,管芯采用铝作为焊料,芯片采用深结扩散工艺,台面造型为正斜角造型,该芯片结构降低表面电场,同时在进行玻璃钝化封装前,采用酸、碱腐蚀工艺及钝化工艺对芯片台面进行保护,然后采用特殊玻璃粉进行高温钝化封装成型;其具体步骤为:
(1)制备管芯。芯片采用N型单晶硅片,硅片电阻率根据实际电压要求选取范围为:5.5Ω·cm,能实现从400V的击穿电压范围。单晶硅片先进行磨片处理,芯片减薄后厚度为:250um。采用磷、硼纸源扩散,其中磷纸源牌号为P50,硼纸源牌号为B20,扩散温度:1251℃,扩散时间40小时,工艺要求,磷面结深:55um,方块电阻:5Ω/□,硼面结深:55um,方块电阻:5Ω/□。磷硼扩散后形成P+N-N+的芯片结构。硼扩散后将芯片进行喷砂处理去除芯片硼面的硼硅玻璃。在扩散形成PN结的芯片通过电子束蒸发的方式在芯片表面制备铝的金属薄膜层,厚度15um。再通过吹砂切割将镀有金属薄膜层的单晶硅片吹砂成型成为梯形台面的管芯。
(2)腐蚀清洗管芯。采用硝酸、氢氟酸、硫酸、冰乙酸的混合酸对切割好的管芯进行腐蚀,硝酸、氢氟酸、硫酸和冰乙酸的质量百分浓度分别为:68%、65%、98%、99.8%合酸中硝酸、氢氟酸、硫酸和冰乙酸的体积配比为13.5:13.5:4:18,将配制好的腐蚀冷藏至5℃,将芯片倒入装有腐蚀液的容器中进行芯片腐蚀清洗,腐蚀时间为10min,腐蚀完成后的管芯用丙酮进行超声波清洗一次,时间25min,在用酒精进行超声波清洗一次,时间20min,然后脱水、烘干。通过上述混合酸的腐蚀清洗,能够有效去除芯片台面的机械损伤层和杂质离子。
(3)烧焊组装。以铜焊片作为焊料,通过高温烧结方法将钨电极与铜金属引线或铜包钢丝引线烧焊在一起形成整体的电极引线,高温烧结的温度为900℃;再将两个电极引线与一个管芯配组装入石墨模具中,石墨磨具上盖板和下盖板,配组时两个电极引线的电极端面分别与管芯的P面和N面上的金属薄膜紧密接触,电极引线、管芯、电极引线依次竖直叠放(对于单项瞬态电压抑制二极管,装模采用一颗管芯,对于双向瞬态电压抑制二极管,装模采用两颗管芯极性反向叠加)。再将石墨模具放入真空烧结炉中,并在高温下将电极引线和管芯进行熔焊键合,铝金属薄膜对应的熔焊键合温度为680℃,提高熔焊键合的质量。管芯上的金属薄膜是实现电极引线与管芯键合的焊料,石墨磨具的上盖板主要是提高产品组件烧焊后的同心度。
(4)台面酸腐蚀腐蚀。将烧焊组装好的裸二极管插入专用的腐蚀盘中,并采用纯度为分析纯的硝酸、氢氟酸、冰乙酸、硫酸对其进行腐蚀,硝酸、氢氟酸、硫酸和冰乙酸的体积配比为13.5:13.5:4:18,腐蚀两次,每次5min;所用硝酸、氢氟酸、冰乙酸、硫酸和磷酸的质量百分比浓度分别为:68%、65%、99.8%、98%、90%,腐蚀完成后用大量去离子水进行冲洗。上述混合酸的配比对芯片具有较好的腐蚀作用,使芯片台面腐蚀光亮、同时又能尽量减少其对电极材料中铜引线及钨电极的腐蚀。
(5)台面碱腐蚀。将酸腐蚀清洗后的产品放入浓度5%的氢氧化钾溶液中,溶液温度100℃,腐蚀时间5min,取出后用大量冷、热去离子水冲洗,次数10次,碱腐蚀的目的是清除酸腐蚀后附着在芯片台面的金属及杂质离子。成型更清洁的台面。
(6)钝化处理,将碱腐蚀清洗后对产品进行热钝化处理,其钝化液配比为双氧水、磷酸、去离子水按1:1:3,钝化液温度在50℃之间,钝化次数两次,每次时间3min,所用双氧水、磷酸纯度为分析纯,质量百分比为50%、90%。热钝化的目的是在芯片表面湿法生长一层二氧化硅钝化层,其中磷酸主要为缓冲溶液,提供酸根离子,双氧水的作用是与硅反应生成二氧化硅,实现硅表面钝化保护。同时由于钝化液是酸性液体,产品在碱腐蚀后加入酸性液体进行钝化也达到了一定的中和作用,使碱腐蚀后的产品组件更容易清洗干净。
(7)封装成型。在腐蚀清洗后的管芯装载在石墨条上,台面上采用自动涂粉及均匀涂覆玻璃粉浆,形成均匀的球体,其中钝化玻璃粉为特殊玻璃粉,颗粒度在1200目以上,玻璃粉含铅量在10%,涂粉后送入低温成型炉中进行成型,成型时间3个小时,设备升温速率15℃/min,升温时间65min,最高烧结温度660℃,恒温时间15min,将温速率1℃/min。产品经高温成型后玻璃粉浆融凝实现的芯片台面的钝化兼封装作用,芯片台面区域的玻璃钝化层厚度1.5mm。
Claims (10)
1.一种高可靠抗辐照瞬变电压抑制二极管的制造方法,其工艺步骤为:
a)采用0.002~5.5Ω·cm的N型单晶硅片将其磨片至245±5μm后采用磷、硼纸源扩散形成P+N-N+的芯片结构,在硼扩散后将芯片进行喷砂处理去除芯片硼面的硼硅玻璃,再通过电子束蒸发在PN结的P面和N面制备铝或银的金属薄膜层;
b)通过吹砂切割将镀有金属薄膜层的单晶硅片吹砂成型成截面为梯形台面的管芯;
c)采用清洗剂对切割好的管芯进行腐蚀清洗8~10min,腐蚀完成后的管芯用丙酮进行超声波清洗15~25min,再用酒精进行超声波清洗12~18min,然后脱水、烘干;
d)通过高温烧结将电极与金属引线烧焊成一个整体的电极引线,再将电极引线、管芯、电极引线依次竖直叠放到石墨模具中,再将石墨模具放入真空烧结炉中将电极引线和管芯进行熔焊键和;
e)将烧焊后的二极管插入腐蚀盘中使用酸腐蚀液对其进行腐蚀两次每次5min,腐蚀完成后使用离子水清洗;
f)将酸腐蚀后的二极管放入碱腐蚀液中腐蚀清洗2~5min,去除后用冷、热去离子水交替冲洗10次;
g)将酸腐蚀后的二极管放入温度为55~60℃的钝化液中钝化1~3min;
h)将碱腐蚀清洗后的二极管装载在石墨条上,台面上采用自动涂粉及均匀涂覆颗粒度在800目以上的玻璃粉浆,形成均匀的球体,涂粉后送入低温成型炉中进行成型2~3h。
2.如权利要求1所述的高可靠抗辐照瞬变电压抑制二极管的制造方法,其特征在于:所述磷、硼扩散中磷纸的牌号为P50,硼纸的牌号为B20,其扩散温度为1250±1℃,扩散时间为15~40h,扩散参数为磷面结深:50±5μm,方块电阻:≤5Ω/□,硼面结深:50±5μm,方块电阻:≤5Ω/□。
3.如权利要求1所述的高可靠抗辐照瞬变电压抑制二极管的制造方法,其特征在于:所述清洗剂按质量百分比是65%~68%的硝酸、≥40%的氢氟酸、95%~98%的硫酸、≥99.5%的冰乙酸按体积比13.5:13.5:4:18混合的混合溶液,清洗剂的温度为0~5℃。
4.如权利要求1所述的高可靠抗辐照瞬变电压抑制二极管的制造方法,其特征在于:所述高温烧结的焊料为铜焊片,其高温烧结温度为800~900℃。
5.如权利要求1所述的高可靠抗辐照瞬变电压抑制二极管的制造方法,其特征在于:所述管芯上的金属薄膜为管芯键和的焊料,金属薄膜厚度为12~15μm,其熔焊键和的温度为650~680℃。
6.如权利要求1所述的高可靠抗辐照瞬变电压抑制二极管的制造方法,其特征在于:所述酸腐蚀液按质量百分比是分析纯的65%~68%的硝酸、≥40%的氢氟酸、95%~98%的硫酸、≥85%的冰乙酸按体积比13.5:13.5:4:18的混合溶液。
7.如权利要求1所述的高可靠抗辐照瞬变电压抑制二极管的制造方法,其特征在于:所述碱腐蚀液为2%~5%的氢氧化钾溶液,碱腐蚀液温度为85~100℃。
8.如权利要求1所述的高可靠抗辐照瞬变电压抑制二极管的制造方法,其特征在于:所述钝化液按质量百分比是≥30%的双氧水、≥85%的双氧水和离子水按1:1:3混合的混合液。
9.如权利要求1所述的高可靠抗辐照瞬变电压抑制二极管的制造方法,其特征在于:所述玻璃粉中含有2%~10%的铅,其膨胀系数与钼、钨电极相近。
10.如权利要求1所述的高可靠抗辐照瞬变电压抑制二极管的制造方法,其特征在于:所述低温成型炉升温速率10~15℃/min,升温时间45~65min,最高烧结温度660℃,恒温时间5~15min,降温速率≤5℃/min。
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