CN113239537B - 一种扩散片合金块的高周波加热功率确定方法 - Google Patents
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Abstract
一种扩散片合金块的高周波加热功率确定方法。涉及半导体产品的高周波合金工艺技术领域，具体涉及一种扩散片合金块的高周波加热功率确定方法。包括以下步骤：1)通过若干扩散片和若干焊片的叠加，形成基准合金块，计算所述基准合金块的热容量Qa；2)对所述基准合金块进行不同加热功率实验，根据合金块的品质确定适用的加热功率P1；3)通过若干扩散片和若干焊片的叠加，形成目标合金块，计算所述目标合金块的热容量Qb；4)计算修正系数K，其中，m为所述目标合金块中的扩散片数量，n为所述基准合金块中的扩散片数量；5)确定所述目标合金块的加热功率P2:
Description
技术领域
本发明涉及半导体产品的高周波合金工艺技术领域，具体涉及一种扩散片合金块的高周波加热功率确定方法。
背景技术
扩散片，常用为硅扩散片(简称硅片)，作为半导体产品的生产原料，在芯片制作中发挥重要作用。在功率半导体器件的设计和生产中，对无法通过单个硅片满足设计电压要求的高耐压器件，往往采用多个硅片和焊片交替叠加，再通过加热形成多层结构的合金块后，获得成品芯片器件的高耐压能力。
把圆形硅片与焊片通过高温烧结成合金块的工艺技术有两种：一种是用隧道炉烧结的方式，但这种方法存在烧结温度不稳定、烧结后出现气孔、烧结后硅片破裂等缺陷；另一种就是目前普遍被采用的高周波热处理工艺，可以有效解决隧道炉烧结工艺带来的品质缺陷。
而采用高周波加热技术进行焊接时，其加热功率应与所加工产品适配，输出功率过高或过低都会降低成品品质甚至导致成品报废。合金块的产品结构设计，往往需要采用不同层数的硅片和焊片叠加，少则4层、多则需要把多达30层的硅片与焊片进行交替叠加组合；针对不同合金块设计的功率选择，直接影响到合金块的质量。
因此，如何确定扩散片合金块的高周波加热功率，成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明针对以上问题，提供了一种准确预测不同叠加层数的扩散片合金块在焊接工艺中所需高周波的输出功率、有效提高加工良率和成品品质的扩散片合金块的高周波加热功率确定方法。
本发明的技术方案为：
一种扩散片合金块的高周波加热功率确定方法，
包括以下步骤：
1)通过若干扩散片和若干焊片的叠加，形成基准合金块，计算所述基准合金块的热容量Qa；
2)对所述基准合金块进行不同加热功率实验，根据合金块的品质确定适用的加热功率P1；
3)通过若干扩散片和若干焊片的叠加，形成目标合金块，计算所述目标合金块的热容量Qb；
4)计算修正系数K，
其中，m为所述目标合金块中的扩散片数量，n为所述基准合金块中的扩散片数量；
5)确定所述目标合金块的加热功率P2:
所述热容量Qa和热容量Qb均按照高周波覆盖范围内的所有受热对象计算；
所述基准合金块的热容量Qa＝Q1+Q2+Q3+Q4+Q5(3)，
所述目标合金块的热容量Qb＝Q1+Q2+Q3+Qx+Qy(4)，
其中，Q1为底座热容量，Q2为衬板热容量，Q3为盖板热容量，Q4为基准合金块中所有扩散片的热容量之和，Q5为基准合金块中所有焊片的热容量之和，Qx为目标合金块中所有扩散片的热容量之和，Qy为目标合金块中所有焊片的热容量之和。
所述热容量Qa和热容量Qb均按照热能计算公式计算，即
热能Q＝C*m*ΔT(5)，
其中C为比热，m为质量，ΔT为温度变化。
所述扩散片为经过不同杂质扩散的圆形硅扩散片。
本发明的一种扩散片合金块的高周波加热功率确定方法，设定加工频次高的合金块为基准合金块，通过实验确定基准合金块的最佳加工功率；在此基础上，采用合理的修正比例法快速实现层数不同的目标合金块加热功率的准确预测，避免了制作不同叠加层数合金块时的重复高周波加热功率实验。这一方面节省了人力物力，降低了生产成本；另一方面还能缩短产品开发周期，有利于加快企业新产品的落地量产。
具体实施方式
本发明的一种扩散片合金块的高周波加热功率确定方法，合金块包括若干扩散片和若干焊片，每个扩散片夹在两焊片之间；
包括以下步骤：
1)通过若干扩散片和若干焊片的叠加，形成基准合金块，基准合金块可采用加工频次较高的一种或多种合金块结构，计算基准合金块的热容量Qa，热容量在本案中非指比热容，而是指物体加热到所需温度时所需吸收的热能总量，即将物体看作“热能容器”；
2)对基准合金块进行不同加热功率实验，根据合金块的品质确定适用的加热功率P1；
3)通过若干扩散片和若干焊片的叠加，形成目标合金块，计算目标合金块的热容量Qb；
4)计算修正系数K，
其中，m为目标合金块中的扩散片数量，n为基准合金块中的扩散片数量；
5)确定目标合金块的加热功率P2:
因高周波覆盖范围内的受热对象的数量不同时，受热对象间存在温升差异和热交换关系的不同，不能通过简单的线性比例关系以基准合金块的加热功率P1推算目标合金块的加热功率P2。总体来说，受热对象越多时，热交换关系越复杂、无功的损耗越大，因而需要提高加热功率进行补偿，这是引入修正系数K的意义所在。而在众受热对象中，起关键影响的是扩散片的数量，故本案中，以扩散片的数量比例为基础建立修正系数K的计算公式即公式(1)，再结合公式(1)、(2)，得到目标合金块的高周波加热功率P2；通过实验验证，所得目标合金块的加热功率P2准确合理。
热容量Qa和热容量Qb均按照高周波覆盖范围内的所有受热对象计算；
基准合金块的热容量Qa＝Q1+Q2+Q3+Q4+Q5(3)，
目标合金块的热容量Qb＝Q1+Q2+Q3+Qx+Qy(4)，
其中，Q1为底座热容量，Q2为衬板热容量，Q3为盖板热容量，Q4为基准合金块中所有扩散片的热容量之和，Q5为基准合金块中所有焊片的热容量之和，Qx为目标合金块中所有扩散片的热容量之和，Qy为目标合金块中所有焊片的热容量之和。
热容量Qa和热容量Qb均按照热能计算公式计算，即
热能Q＝C*m*ΔT(5)，
其中C为比热，m为质量，ΔT为温度变化。
扩散片为经过不同杂质扩散的圆形硅扩散片。
本发明的应用例：
设定由12层扩散片和13层焊片叠加的合金块为基准合金块，即n＝12。以之确定由20层扩散片和21层焊片组成的目标合金块的加热功率P2，即m＝20。将m、n的值代入公式(1)，得到修正系数K＝1.06。
已知基准合金块和目标合金块所需的底座、衬板、盖板数量均为2个；对基准合金块进行实验，得到最佳的加热功率P1＝32KW；底座、衬板、盖板、扩散片和焊片的参数见表1，
表1受热对象的参数
根据公式(5)计算每升高1℃时各个受热对象的热容量值，得到：
底座热容量Q1＝0.71*2*806*1＝1144.52(J)
衬板热容量Q2＝0.243*2*267*1＝129.76(J)
盖板热容量Q3＝0.71*2*50*1＝71(J)
基准合金块中所有扩散片的热容量之和Q4＝0.171*12*5.2*1＝10.67(J)
基准合金块中所有焊片的热容量之和Q5＝0.13*13*5.5*1＝9.30(J)
目标合金块中所有扩散片的热容量之和Qx＝0.171*20*5.2*1＝17.78(J)
目标合金块中所有焊片的热容量之和Qy＝0.13*21*5.5*1＝15.02(J)
根据公式(3)、(4)，得到：
基准合金块的热容量Qa＝1144.52+129.76+71+10.67+9.30＝1365.25(J)
目标合金块的热容量Qb＝1144.52+129.76+71+17.78+15.02＝1378.08(J)。
将已知的Qa、Qb、K和P1的值代入公式(2)，得到：
加热功率以此加热功率进行目标合金块的焊接合成，得到了符合预期的合金块产品品质。
对于本案所公开的内容，还有以下几点需要说明：
(1)、本案所公开的实施方式仅为示例，通过其他类似变通技术手段实施的技术方案归属本案保护范围；
(2)、在不冲突的情况下，本案所公开的技术特征可以相互组合以得到新的实施例；
以上，仅为本案所公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本领域技术人员根据本案所公开的内容，对其中某些技术特征作出的变换均应在本案保护范围内。
Claims (4)
1.一种扩散片合金块的高周波加热功率确定方法，其特征在于，
包括以下步骤：
1)通过若干扩散片和若干焊片的叠加，形成基准合金块，计算所述基准合金块的热容量Qa；
2)对所述基准合金块进行不同加热功率实验，根据合金块的品质确定适用的加热功率P1；
3)通过若干扩散片和若干焊片的叠加，形成目标合金块，计算所述目标合金块的热容量Qb；
4)计算修正系数K，
其中，m为所述目标合金块中的扩散片数量，n为所述基准合金块中的扩散片数量；
5)确定所述目标合金块的加热功率P2:
2.根据权利要求1所述的一种扩散片合金块的高周波加热功率确定方法，其特征在于，所述热容量Qa和热容量Qb均按照高周波覆盖范围内的所有受热对象计算；
所述基准合金块的热容量Qa＝Q1+Q2+Q3+Q4+Q5(3)，
所述目标合金块的热容量Qb＝Q1+Q2+Q3+Qx+Qy(4)，
其中，Q1为底座热容量，Q2为衬板热容量，Q3为盖板热容量，Q4为基准合金块中所有扩散片的热容量之和，Q5为基准合金块中所有焊片的热容量之和，Qx为目标合金块中所有扩散片的热容量之和，Qy为目标合金块中所有焊片的热容量之和。
3.根据权利要求2所述的一种扩散片合金块的高周波加热功率确定方法，其特征在于，所述热容量Qa和热容量Qb均按照热能计算公式计算，即
热能Q＝C*m*ΔT (5)，
其中C为比热，m为质量，ΔT为温度变化。
4.根据权利要求1所述的一种扩散片合金块的高周波加热功率确定方法，其特征在于，所述扩散片为经过不同杂质扩散的圆形硅扩散片。
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