CN202651121U

CN202651121U - 镀涂环保材料的双铜质电极整流管芯片

Info

Publication number: CN202651121U
Application number: CN 201220153684
Authority: CN
Inventors: 胡建业; 程德明; 郑沛然; 胡志坚; 胡翰林
Original assignee: HUANGSHAN GUIDING ELECTRONICS Co Ltd
Current assignee: HUANGSHAN GUIDING ELECTRONICS Co Ltd
Priority date: 2012-04-05
Filing date: 2012-04-05
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2022-04-05

Abstract

本实用新型涉及一种使用镀涂环保材料的双铜质电极整流管芯片的工艺结构，可使整流管芯片产品关于品质、成本、资源消耗、环境保护等诸多矛盾得到很好的统一协调。这种工艺结构既具备传统铅面工艺结构产品的低生产成本，又兼有镀银双铜质电极产品的优良电热性能，且在产品生产中无环境污染，不耗用贵重金属，可誉为近二十年来国内外整流管芯片产品生产中的一次重大技术创新。产品的实体结构由具有整流特性的硅片(1)、二层钎焊层(2)、上铜质电极(3)、下铜质电极(4)、二层镀涂环保材料层(5)、绝缘保护胶(6)构成。

Description

镀涂环保材料的双铜质电极整流管芯片

技术领域

本发明涉及一种镀涂环保材料的双铜质电极整流管芯片的工艺结构设计，属半导体制造技术。

背景技术

整流管芯片是电子元器件的基础单元产品，广泛应用于变流、冶金、汽车、发电、自动化控制及家用电器等领域，市场需求量很大。有行业调查资料表明，额定电流为3～100A的整流管芯片，目前我国年产销量约十亿只。随着经济的发展和自动化的普及，市场需求量还在以每年约10％的速度在递增。

自上世纪九十年代以来，生产整流管芯片的工艺技术经多次改进提高，已基本趋于成熟。然而，进一步提高产品的质量，降低产品的生产成本，减小单位产品的资源、能源消耗和环境污染，仍是恒定不变的科技主题。

现在市场上有双电极的整流管芯片的工艺结构，主要有二种形式，均有其优点和不足，分析如下：

1，传统的铅面工艺结构(约占国内市场份额的65％)。其结构特点是：中间部份采用具有整流特性的硅片，二边采用铅锡包裹的铁质金属或可伐合金电极，利用钎焊层将硅片和电极焊接在一起，其边缘部分采用绝缘胶保护。该结构的优点是：工艺成本较低。缺点是：由于铁质金属或可伐合金的导电和导热性能很差，影响了产品的导电和导热特性；更由于其必须用铅锡包裹，铅锡的配方比是95∶5，大量的重金属铅裸露在产品表面，对环境带来重大的污染隐患。2004年，欧盟就对含有六种环境污染物质的电子产品进行了封关，六种污染物中，重金属铅名列第三，这也是我国至今整流管芯片难以出口的主要原因。近年来，由于多次严重的环境污染血铅事故，我国对涉铅产品和涉铅行业，加大了整治力度，这种工艺结构的产品当属于关停范畴。

2，镀银双铜质电极工艺结构(约占国内市场份额的35％)。其结构特点是：中间部份采用具有整流特性的硅片，二边采用双面镀银的双铜质电极，利用钎焊层将硅片和电极焊接在一起，其边缘部分采用绝缘胶保护。该结构的优点是：产品导电导热性能优良。缺点是：由于使用了贵金属银为铜质电极的镀涂层，导致工艺成本很高，同等额定电流规格的产品生产成本比传统工艺产品高出40％；若量以亿计的产品全部使用金属银，将极大浪费稀有资源，不利于人类持续发展；镀涂银层时，较多使用氰化物，属剧毒，治理困难，对环境有严重污染。该工艺结构自上世纪末从台湾传入大陆后，至今没有质的改进。由于成本原因，在大陆占的市场份额较少，但由于产成品本身符合环保要求，在欧美市场成为了首选产品。

综上述，以上二种产品工艺结构都有其严重缺陷，如何取二者之长，补双方之短，研发出一种符合中国国情的产品工艺和结构，是该行业多年的期盼。

发明内容

为了解决整流管芯片产品关于品质、成本、资源消耗、环境保护等诸多矛盾，本发明提出了使用镀涂环保材料的双铜质电极整流管芯片的工艺结构，可使上述矛盾得到很好的统一协调。这种工艺结构既具备传统铅面工艺结构产品的低生产成本，又兼有镀银双铜质电极产品的优良电热性能，且在产品生产中无环境污染，不耗用贵重金属，可誉为近二十年来国内外整流管芯片产品生产中的一次重大技术创新。

产品的实体结构参照说明书附图，由具有整流特性的硅片(1)、二层钎焊层(2)、上铜质电极(3)、下铜质电极(4)、二层镀涂环保材料层(5)、绝缘保护胶(6)构成。上铜质电极(3)连接一层钎焊层(2)、硅片(1)、又一层钎焊层(2)、下铜质电极(4)形成准产品，准产品的周边涂敷有绝缘保护胶(6)，上铜质电极(3)和下铜电极(4)的外表面有二层镀涂环保材料层(5)。

整流芯片的硅片(1)结构特征为，基区电阻率5～50欧姆厘米，厚度180～310微米，硅片内部具有一个扩散工艺形成的PN结，其P型和N型的接近表面20微米部分，分别用扩散工艺形成高浓度的P+和N+型杂质，以利减低通态压降，硅片的表面，镀涂有金属镍层，以有利与钎焊层形成良好的欧姆接触。

以上所述硅片基区电阻率选择5～50欧姆厘米的依椐是，根据美国通用电器公司关于整流管芯片耐压与硅片电阻率的关系式：耐压＝94x电阻率(0.75次方)，电阻率为5～50欧姆厘米的硅片可制造出300～1800伏反向耐压的整流芯片，可以满足目前国内外整流管芯片95％的市场。

以上所述硅片厚度选择180～310微米的依椐是，根椐整流管芯片中耗尽层宽度与电阻率的关系式：耗尽层宽度＝4.95x电阻率(0.875次方)，电阻率为5～50欧姆厘米的硅片，其对应耗尽层宽度为20～150微米，加上P和N型扩散层总厚度160微米，故硅片总厚度选为180～310微米。

以上所述硅片，其外边缘形状是圆形、正六边形或正方形。生产中选取何种形状，主要取决于产品的耐压要求，其中，圆形结构的耐压优于正六角形，而正六角形结构的耐压又优于正方形。各种形状硅片的平面几何线度尺寸，在生产中必须根据产品的额定正向电流来确定。

产品的钎焊层(2)有二层，形状为圆片形，二层的直径分别与上铜质电极(3)和下铜质电极(4)的直径相同。钎焊层的作用，是连接硅片和二铜质电极，接通电流和导出热量。应考虑选用沾润能力好、塑性形变大的金属或合金，本发明中可以用铅锡合金片，也可以用铝片或硅铝片。钎焊层的厚度的选用，是即要考虑到钎焊沾润饱满的需要，又要防止钎焊剂余量滴落而发生的二电极短路意外。

产品使用的上铜质电极(3)、下铜质电极(4)，其形状为圆片形，有上电极和下电极各一片，上铜质电极(3)直径比下铜质电极(4)直径略小。这样的直径设计，有利于灌注绝缘保护胶和用户辩认电极性。如前述，各种额定电流不同的产品有不同的直径系列，对于圆硅片，上电极直径略大于圆硅片直径；对于正六角或正方形硅片，上电极直径略大于硅片的对角线长。本发明中，二电极的直径范围为4.5-9.5毫米。电极材料为无氧铜，因其有很好的导电导热性能，且抗蚀能力强。双电极选用上电极比下电极略厚，二电极的厚度范围为0.5-1毫米。

本发明的核心技术之一，是产品结构的改进发明。在产品的外表面镀涂环保材料。镀涂材料的选取原则是：

(1)不能含有铅、铬、汞等重金属。

(2)不能含有致癌类有机物和放射性元素。

(3)有易焊性和抗氧化性。

(4)价格低廉。

(5)不是稀有的、贵重的、资源近枯竭的物质。

本发明所述镀涂环保材料层(5)，选用的是锡金属层，镍金属层，或是钛镍银合金层。所述材料各有其特点，分别如表1：

表1

环保材料层	优点	缺点
			锡金属层	价格低廉，易焊性好	抗氧化性略差
镍金属层	抗氧化性较好，价格较低	易焊性略差
			钛镍银合金层	综合性能好	价格偏贵

实际生产中，根据产品的用途、客户的要求等，尽量选用性价比最高的材料作为镀涂环保材料。

如说明书附图所示，镀涂环保材料层只限于双铜质电极的单个外表面，故本发明的结构从理论上就比双面均镀银的结构节约了镀涂用材料50％。另外，由于下节将要表述的本发明的工艺改革措施，镀涂层厚度的选取，仅需考虑双铜质电极表面的易焊性和抗氧化性即可，而不需考虑其在产品生产工艺中的抗腐蚀性，所以镀涂厚度可以较薄。以上所述二个结构因素的改进，可节省约65％的镀涂材料，大幅度降低了产品生产成本。从已试生产的样品证实，镀涂环保材料的厚度为3-8微米，即可满足产品制造之需。

附图说明

说明书附图是本发明的产品剖面图。

图中，(1)是具有整流特性的硅片，每件产品含有一片；(2)是钎焊层，每件产品含有二层；(3)是上铜质电极，(4)是下铜质电极，每件产品含有上、下各一片电极；(5)是镀涂环保材料层，每件产品含有二个表面层；(6)是绝缘保护胶，每件产品含有一个圆环状体。

具体实施方式

本发明属于半导体制造技术范畴，以下按工艺流程的先后次序叙述其具体有效的实施方式：

1，若干材料配件均采用外协件式购入。如：按设定的电阻率，设定的厚度，设定扩散结深与浓度的具有整流特性的表面已镀镍层的圆硅片，其直径可以是3英寸或4英寸；设定厚度和直径的无氧铜圆电极；设定厚度和直径的钎焊圆片。

2，用线切割机，将硅片切割成设定要求的圆形，或正六角形，或正方形的单片小硅片。

3，将硅片、钎焊片、铜质电极按说明书附图所示的结构次序重合放置，装入烧结模具，推入真空烧结炉，烧结成准产品实体。

4，用氢氟酸、硝酸、冰乙酸、硫酸的的混合腐蚀液，去腐蚀准产品的硅片垂直边缘，去除机械受伤层及污染物，并在表面形成一定的造形。清洗烘干后，立即在硅片边缘用模具涂敷上绝缘胶保护。

5，对经过预处理的准产品，实施镀涂环保材料。

6，将产品存入烘箱，从低温逐步升到高温，直至额定结温，老化一定时间，用以钝化硅片台面和强化绝缘保护胶，稳定产品电特性。

7，测量产品的各项电特性数据，剔除不良品。

说明书毕。

Claims

1.一种镀涂环保材料的双铜质电极整流管芯片，其特征在于：所述芯片由具有整流特性的硅片(1)、二层钎焊层(2)、上铜质电极(3)、下铜质电极(4)、二层镀涂环保材料层(5)、绝缘保护胶(6)构成；上铜质电极(3)连接一层钎焊层(2)、硅片(1)、又一层钎焊层(2)、下铜质电极(4)形成准产品，准产品的周边涂敷有绝缘保护胶(6)，上铜质电极(3)和下铜电极(4)的外表面有二层镀涂环保材料层(5)。

2.根据权利要求1所述的整流管芯片，其特征在于：所述硅片(1)，厚度为180-310微米，其外边缘形状是圆形、正六边形或正方形。

3.根据权利要求1所述的整流管芯片，其特征在于：所述二层钎焊层(2)，形状为圆片形，二层的直径分别与上铜质电极(3)和下铜质电极(4)的直径相同。

4.根据权利要求1所述的整流管芯片，其特征在于：所述上铜质电极(3)、下铜质电极(4)，其形状为圆片形，上铜质电极(3)直径比下铜质电极(4)直径略小，二铜质电极的直径范围为4.5-9.5毫米，电极材料为无氧铜，厚度为0.5-1毫米。

5.根据权利要求1所述的整流管芯片，其特征在于：所述二层镀涂环保材料层(5)，是锡金属层、镍金属层或钛镍银合金层，厚度为3-8微米。