CN107658346A - 一种高结温雪崩二极管芯片组件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高结温雪崩二极管芯片组件，包括正面金属片、二极管扩散圆片和背面金属片；二极管扩散圆片的两面均设有镍膜；两层镍膜的外侧面与两金属片的内侧面设焊料层；正面金属片上设有应力吸收槽路，应力吸收槽路上设有沟槽，沟槽上设有聚酰亚胺钝化层。本发明还公开了一种高结温雪崩二极管芯片组件的制造方法，采用聚酰亚胺作为钝化层，避免玻璃钝化固有的高温漏电大，膨胀应力大等缺陷，提升了二极管结温；而且减少所有光刻，节约了成本，同时避免了光刻不良引入的缺陷，带来了极大的经济效益；本发明引入晶圆极的内引线金属电极片，减少了台面工艺带来的翘曲、碎片，提高浪涌能力，提高成品率，并方便后续封装工艺。
Description
技术领域
本发明涉及一种高结温雪崩二极管芯片组件及其制造方法，属于功率半导体器件领域。
背景技术
雪崩二极管广泛应用于高频电路的瞬态电压保护和浪涌防护，同时也广泛应用于汽车电子、LED照明、太阳能光伏、通讯电源、开关电源、家用电器等多个领域。近年来，很多应用领域提出了高结温、低漏电、低成本的要求。
目前市场上销售的二极管芯片结构为，硅片（N+-N-P）正面及背面沉积金属镍或沉积Ti-Ni-Ag，二极管芯片四周侧壁均匀覆盖玻璃钝化层。此结构的二极管芯片由于台面采用玻璃钝化保护的方式，导致耐高温性能较差，只能在Tj=125℃环境下工作，在高温下工作会出现反向电流快速升高的情况，极易失效。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种高结温雪崩二极管芯片组件及其制造方法。
本发明的一种高结温雪崩二极管芯片组件，包括正面金属片、二极管扩散圆片和背面金属片；所述二极管扩散圆片的两面均设有镍膜；所述两层镍膜的外侧面与正面金属片、背面金属片的内侧面设有焊料层；所述正面金属片上设有应力吸收槽路，应力吸收槽路上设有沟槽，沟槽上设PN结聚酰亚胺钝化层。
作为本发明的一种改进，正面金属片和背面金属片的厚度为125μm～500μm，其尺寸与二极管扩散圆片一致。
作为本发明的再次改进，正面金属片和背面金属片为晶圆级的内引线金属电极片。
本发明的一种高结温雪崩二极管芯片组件的制造方法，包括以下步骤：
（1）取（P+-N-N+）的二极管扩散圆片作基片，厚度为150μm～350μm；
（2）用化学镀、真空蒸镀或溅射的方法，将二极管扩散圆片的正反面镀上镍膜，，厚度为0.5μm～1μm，镀镍膜后圆片的厚度151μm～352μm；
（3）使用真空烧结或回流焊的方法，在焊料层用焊料【Pb（90%～97%）、Sn（3%～7.5%）、Ag（0%～2.5%）】把镀有镍膜的二极管扩散圆片分别与正面金属片、背面金属片的内侧面焊接在一起形成圆形片，焊料厚度为20μm～60μm，圆形片总厚度为441μm～1472μm；
（4）在正面金属片上沿着应力吸收槽路用宽刀切割到深度242.55μm～809.6μm形成沟槽；
（5）用碱液对沟槽内的侧壁和底部进行腐蚀、冲洗、烘干；
（6）在沟槽的侧壁和底部涂聚酰亚胺并固化，形成PN结聚酰亚胺钝化层；
（7）用窄刀划切分离芯片组件。
和已有同类产品相比较，本发明的二极管芯片具有高结温、高浪涌、低漏电、低成本等特点。该制造方法工艺步骤简单，加工方便，并改善了产品的高温性能和通流能力。
本发明的有益效果：（1）本发明采用聚酰亚胺作为钝化层，避免了玻璃钝化固有的高温漏电大，膨胀应力大等缺陷，提升了二极管结温；（2）本发明减少所有光刻，节约了成本，同时避免了光刻不良引入的缺陷，带来了极大的经济效益；（3）本发明引入晶圆级的内引线金属电极片作为本发明的金属片，减少了台面工艺带来的翘曲、碎片，提高浪涌能力，提高成品率，并方便后续封装工艺。
附图说明
图1为本发明的二极管扩散圆片的纵向结构示意图。
图2为本发明的高结温雪崩二极管芯片组件（分离前）的纵向结构剖面图。
图3为本发明的高结温雪崩二极管芯片组件（分离后）的纵向结构剖面图。
图4为正面（背面）金属片示意图。
其中：A：二极管扩散圆片，B-1：二极管扩散圆片正面镍膜，B-2：二极管扩散圆片背面镍膜，C-1、C-2：焊料层，D：正面金属片，E：背面金属片，F：聚酰亚胺钝化层，1.应力吸收槽路，2.沟槽。
具体实施方式
为加深对本发明的理解，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的保护范围的限定。
实施例1
如图1至图4所示，本发明的一种高结温雪崩二极管芯片组件，包括：正面金属片D、二极管扩散圆片A和背面金属片E；二极管扩散圆片A的两面均设有镍膜：二极管扩散圆片正面镍膜B-1和二极管扩散圆片背面镍膜B-2。两层镍膜B-1、B-2的外侧面与正面金属片D、背面金属片E的内侧面设有焊料层C-1、C-2；正面金属片D上设有应力吸收槽路1，应力吸收槽路1上设有沟槽2，沟槽2上设有聚酰亚胺钝化层F。
正面金属片D、背面金属片E的厚度为125μm ，尺寸与二极管扩散圆片A一致。
本发明的一种高结温雪崩二极管芯片组件的制造方法，包括以下步骤：
（1）取（P+-N-N+）的二极管扩散圆片A作基片，厚度为150μm；
（2）用化学镀、真空蒸镀或溅射的方法，将二极管扩散圆片A的正反面镀上镍膜，二极管扩散圆片正面镍膜B-1、二极管扩散圆片背面镍膜B-2，厚度为0.5μm，镀镍膜后圆片的厚度151μm；
（3）使用真空烧结或回流焊的方法，在焊料层C-1、C-2处用焊料【Pb90%、Sn7.5%、Ag2.5%】把镀有镍膜B-1、B-2的二极管扩散圆片分别与正面金属片D、背面金属片E的内侧面焊接成一“三明治”的圆形片，焊料厚度为20μm，圆形片总厚度为441μm；
（4）在正面金属片D上沿着应力吸收槽路用宽刀切割到深度242.55μm形成沟槽；
（5）用碱液对沟槽内的侧壁和底部进行腐蚀、冲洗、烘干；
（6）在沟槽的侧壁和底部涂聚酰亚胺并固化，形成PN结聚酰亚胺钝化层F；
（7）用窄刀划切分离芯片组件。
实施例2
如图1至图4所示，本发明的一种高结温雪崩二极管芯片组件，包括：正面金属片D、二极管扩散圆片A和背面金属片E；二极管扩散圆片A的两面均设有镍膜：二极管扩散圆片正面镍膜B-1和二极管扩散圆片背面镍膜B-2。两层镍膜B-1、B-2的外侧面与正面金属片D、背面金属片E的内侧面设有焊料层C-1、C-2；正面金属片D上设有应力吸收槽路1，应力吸收槽路1上设有沟槽2，沟槽2上设有聚酰亚胺钝化层F。
正面金属片D、背面金属片E的厚度为300μm ，尺寸与二极管扩散圆片A一致。
本发明的一种高结温雪崩二极管芯片组件的制造方法，包括以下步骤：
（1）取（P+-N-N+）的二极管扩散圆片A作基片，厚度为200μm；
（2）用化学镀、真空蒸镀或溅射的方法，将二极管扩散圆片A的正反面镀上镍膜，二极管扩散圆片正面镍膜B-1、二极管扩散圆片背面镍膜B-2，厚度为0.7μm，镀镍膜后圆片的厚度280μm；
（3）使用真空烧结或回流焊的方法，在焊料层C-1、C-2处用焊料【Pb92%、Sn4%、Ag1.5%】把镀有镍膜B-1、B-2的二极管扩散圆片分别与正面金属片D、背面金属片E的内侧面焊接成一“三明治”的圆形片，焊料厚度为40μm，圆形片总厚度为800μm；
（4）在正面金属片D上沿着应力吸收槽路用宽刀切割到深度528.7μm形成沟槽；
（5）用碱液对沟槽内的侧壁和底部进行腐蚀、冲洗、烘干；
（6）在沟槽的侧壁和底部涂聚酰亚胺并固化，形成PN结聚酰亚胺钝化层F；
（7）用窄刀划切分离芯片组件。
实施例3
如图1至图4所示，本发明的一种高结温雪崩二极管芯片组件，包括：正面金属片D、二极管扩散圆片A和背面金属片E；二极管扩散圆片A的两面均设有镍膜：二极管扩散圆片正面镍膜B-1和二极管扩散圆片背面镍膜B-2。两层镍膜B-1、B-2的外侧面与正面金属片D、背面金属片E的内侧面设有焊料层C-1、C-2；正面金属片D上设有应力吸收槽路1，应力吸收槽路1上设有沟槽2，沟槽2上设有聚酰亚胺钝化层F。
正面金属片D、背面金属片E的厚度为500μm ，尺寸与二极管扩散圆片A一致。
本发明的一种高结温雪崩二极管芯片组件的制造方法，包括以下步骤：
（1）取（P+-N-N+）的二极管扩散圆片A作基片，厚度为350μm；
（2）用化学镀、真空蒸镀或溅射的方法，将二极管扩散圆片A的正反面镀上镍膜，二极管扩散圆片正面镍膜B-1、二极管扩散圆片背面镍膜B-2，厚度为1μm，镀镍膜后圆片的厚度352μm；
（3）使用真空烧结或回流焊的方法，在焊料层C-1、C-2处用焊料【Pb97%、Sn3%、Ag0%】把镀有镍膜B-1、B-2的二极管扩散圆片分别与正面金属片D、背面金属片E的内侧面焊接成一“三明治”的圆形片，焊料厚度为60μm，圆形片总厚度为1472μm；
（4）在正面金属片D上沿着应力吸收槽路用宽刀切割到深度809.6μm形成沟槽；
（5）用碱液对沟槽内的侧壁和底部进行腐蚀、冲洗、烘干；
（6）在沟槽的侧壁和底部涂聚酰亚胺并固化，形成PN结聚酰亚胺钝化层F；
（7）用窄刀划切分离芯片组件。
本发明的优点：工艺简单，节省了高温玻璃烧结及所有的光刻流程，既节省了成本又避免各工序带来的不良提高了成本率；采用了聚酰亚胺材料作为钝化层，减少了产品的高温漏电，提高了产品节温及可靠性；引入晶圆级的内引线金属电极片作为本发明的金属片，不但提高了二极管芯片的正反向浪涌能力；而且减少台面工艺带来的碎片问题，提高了成品率，还简化了二极管芯片的后续封装工艺。
Claims (4)
1.一种高结温雪崩二极管芯片组件，包括正面金属片、二极管扩散圆片和背面金属片；所述二极管扩散圆片的两面均设有镍膜；所述两层镍膜的外侧面与正面金属片、背面金属片的内侧面设有焊料层；所述正面金属片上设有应力吸收槽路，应力吸收槽路上设有沟槽，沟槽上设PN结聚酰亚胺钝化层。
2.根据权利要求1所述的一种高结温雪崩二极管芯片组件，其特征在于：所述正面金属片和背面金属片的厚度为125μm～500μm，其尺寸与二极管扩散圆片一致。
3.根据权利要求1所述的一种高结温雪崩二极管芯片组件，其特征在于：所述正面金属片和背面金属片为晶圆级的内引线金属电极片。
4.一种高结温雪崩二极管芯片组件的制造方法，包括以下步骤：
（1）取（P+-N-N+）的二极管扩散圆片作基片，厚度为150μm～350μm；
（2）用化学镀、真空蒸镀或溅射的方法，将二极管扩散圆片的正反面镀上镍膜，厚度为0.5μm～1μm，镀镍膜后圆片的厚度为151μm～352μm；
（3）使用真空烧结或回流焊的方法，在焊料层用焊料【Pb（90%～97%）、Sn（3%～7.5%）、Ag（0%～2.5%）】把镀有镍膜的二极管扩散圆片分别与正面金属片、背面金属片的内侧面焊接在一起形成圆形片，焊料厚度为20μm～60μm，圆形片总厚度为441μm～1472μm；
（4）在正面金属片上沿着应力吸收槽路用宽刀切割到深度242.55μm～809.6μm形成沟槽；
（5）用碱液对沟槽内的侧壁和底部进行腐蚀、冲洗、烘干；
（6）在沟槽的侧壁和底部涂聚酰亚胺并固化，形成PN结聚酰亚胺钝化层；
（7）用窄刀划切分离芯片组件。
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