特高二次击穿的大功率晶体管制造技术

本实用新型专利技术属于半导体晶体管技术领域，具体涉及到一种特高二次击穿的大功率晶体管。本实用新型专利技术的目的是这样实现的：在引线框上利用焊料浸润性优异的Ｓｎ９６Ａｇ４低温焊料焊接管芯，在引线框的下面引出位于左侧的基极、位于中间的集电极与位于右侧的发射极。本实用新型专利技术在关键的装片工艺中消除了热缺陷，消除了“空洞”，提高了焊料与框架的浸润性，从而制造出特高二次击穿的大功率晶体管。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于半导体晶体管
，具体涉及到一种特高二次击穿的 大功率晶体管。
技术介绍
功率晶体管问世以来，其优异的性能在通讯、广播电视、开关电源、音响、 仪器仪表、工业设备等国民经济各领域得到了广泛的应用。但功率管在发展中， 器件的早期失效，即功率晶体管的"二次击穿"特性，成为它发展进程中突出的矛 盾，从而引起了器件制造者和使用者的十分重视，投入了较大的力量去研究它 的机理和克服的方法。二次击穿，是存在于功率晶体管的一种损坏现象，功率管在制造和使用过 程中，当加在功率管上的能量超过临界值时，器件内部出现"热点"，使局部形成 电流集中，致使器件烧毁，因而二次击穿是一种不可逆的损坏机理，是热电恶 性循环造成的结果。多年来，国内外专家学者对于二次击穿机理提出了热不稳定性理论、电流 温度系数理论、电场理论等多种研究。热不稳定性理论认为晶体管的二次击 穿是由热不稳定性引起的。如果由于某种原因使局部温度升高，这部分发射极 电流将迅速增加，电流增加又进一步引起结温升高，如此循环形成"过热点"，引 起二次击穿。功率管制造者在提高二次击穿的工作方面，着重于在芯片制造方 面提高正偏的抗二次击穿能力，即从改善晶体管芯片的内部电流分配，防止产 生局部过热上做文章。其中方法之一是在版图设计与制芯工艺中，将被细分的 发射极上外加稳定电流分配的"镇流电阻"，使电流均匀分配，提高抗二次击穿的 能力。方法之二是PCT技术，即完美的晶体生长技术，以消除在外延生长和扩 散过程中造成的缺陷，从而克服二次击穿低的缺点。对于改进反偏二次击穿特 性的方法是用多层集电层的晶体管结构来解决。具体地说，就是晶体管的集电 区由同一种导电类型的三层构成，第一层邻接基区，电阻率大于第二层，第二 层电阻率又大于重掺杂的衬底集电层，以此增加外延层的厚度和减少晶体缺陷， 从而降低局部过热点。但是实践证明如果在管芯制造中提高了二次击穿，而在组装工艺中仍然 存在热缺陷，那么功率晶体管的成品的二次击穿仍然不高，产品在使用过程中 仍然容易产生二次击穿烧毁的问题。业内知道，功率晶体管组装的关键工艺之一是装片烧结工艺。装片工艺要 完成管芯与管座或引线框架之间完善的欧姆接触电极的制作功能，即这个接触 电极与管芯之间仅仅是电性能上的电阻性能接触连通，接触处不发生整流现象， 且希望接触电阻愈小愈好。尤其是数十瓦以上的大功率晶体管，装片工艺的完 美与否影响到功率的实际输出，影响到能否达到设计功率值和二次击穿值。目前常用的手工粘片装片和自动装片工艺中一般都采用了N2、H2气体保护，焊料采用Pb92.5Sn5Ag2.5高温焊料作为缓冲粘接层。由于Pb92.5Sn5Ag2.5焊料属高温焊料，工艺上温度高，装片工艺质量紧密地依赖于引线框架表面镀层的 质量、焊料与芯片背面金属化层的结合性、焊料与引线框之间的结合程度。而 高温焊料由于熔点高，极易造成框架的氧化，从而使焊料的浸润性差，这样焊 料与芯片、焊料与引线框间的浸润接触不良将容易形成"空洞"，即焊料与框架间 局部不浸润、不熔融形成非良好的欧姆接触，从而导致热阻增大，抗二次击穿 耐量值下降。装片工艺操作规定"空洞"面积>5%，则该产品为不合格品。
技术实现思路
本技术的目的是致力于在功率晶体管的组装工艺过程中，尤其在关键 的装片工艺中消除热缺陷，消除"空洞"，提高焊料与框架的浸润性，从而制造出 特高二次击穿的大功率晶体管。本技术的目的是这样实现的在引线框上利用Sn96Ag4低温焊料焊接 管芯，在引线框的下面引出位于左侧的基极、位于中间的集电极与位于右侧的 发射极。在所述引线框上、管芯的上方设置安装孔及凹槽。 在所述引线框上、管芯的下方设置键合区。 在所述引线框上对应于管芯的两侧设置折边。本技术的优点是由于利用低温焊料将管芯与引线框相互连接在一起， 因此避免了存在于焊接部位的"空洞"，提高了产品质量。附图说明图l是晶体管的结构图。图2是的A-A剖视图。图3是原装片工艺效果图。图4是本技术装片工艺效果图。具体实施方式图中1、管芯；2、 Sn96Ag4低温焊料；3、引线框；4、发射极；5、集电 极；6、基极；7、键合区；8、折边；9、凹槽；10、安装孔；11、焊料空洞。在引线框3上利用焊料浸润性优异的Sn96Ag4低温焊料2焊接管芯1，在 引线框3的下面引出位于左侧的基极6、位于中间的集电极5与位于右侧的发射 极4;并且，所述基极6、集电极5及发射极4并列布置。在引线框3上、管芯l的上方设置安装孔10及凹槽9。其中的安装孔10用 于将本技术安装于需要的场合，凹槽9用于加强塑封料与引线框3之间的 咬合强度。在引线框3上、管芯1的下方设置键合区7，以便利用内引线将管芯l分别 与基极6、集电极5及发射极4键合在一起。在引线框3上对应于管芯1的两侧设置折边8,以便加强塑封料与引线框3 之间的咬合强度。晶体管装片、键合工艺制作完成后，再利用塑封料包封。本技术在装片工艺中主要采用了一种特殊的锡银Sn96Ag4低温焊料，4成份及比例是Sn: Ag=96: 4，其熔点为24(TC。比之常规使用的Pb92.5Sn5Ag2.5 焊料的熔点280'C则降低了4(TC。在Sn96Ag4低温焊料中，母料锡起着降低熔 点、导电、导热的主体作用，配料银加入4%适量以后，增加了焊料的机械牢固 性及扩展力，且抗疲劳性能好。由于银的熔点高达960。C，故银的比例应控制在 5%以下，否则该焊料的熔点会升高。研究和试验表明，Sn96Ag4低温焊料具有 低熔性、无毒性、成本低的优点，同时其优良的热传导率和导电率、良好的浸 润性在工艺实施中具备了可操作性，而且良好的机械性能可使产品通过 -551:~+150°(:高低温循环试验考核。比之铅锡银高温焊料来，由于熔点低，故 它与芯片、引线框之间的浸润共熔性更好，几乎没有一丁点"空洞"。本技术在工艺实施中，同时调整了氮氢保护气体的比例。增大了氢气 的流量，进一步确保了芯片、引线框、焊料不被氧化。因氢气的还原性极好， 装片时保护气体的活性强，从而完全满足了焊料浸润性的需求。本技术在工艺实施中，还将装片机气管由单管改为双管。当芯片接触 到焊料后，将芯片与焊料之间的摩擦次数由原来的一次增加到三次以上，这样 更保证了焊料与芯片、弓I线框之间充分浸润熔融且无"空洞"。本技术的优点是采用如上技术方法后，功率晶体管的二次击穿 值明显提高。经工艺试验，如下数据反映其效果显著<table>table see original document page 5</column></row><table>从数据可见原普通工艺产品的抗二次击穿耐量值达不到标准指标，采用 本技术方法后，抗二次击穿耐量大大超过了指标，Is/b值翻了一倍。权利要求1、特高二次击穿的大功率晶体管，包括引线框(3)与管芯(1)，其特征是在引线框(3)上利用Sn96Ag4低温焊料(2)焊接管芯(1)，在引线框(3)的下面引出位于左侧的基极(6)、位于中间的集电极(5)与位于右侧的发射极(4)。2、 如权利要求l所述特高二次击穿的大功率晶体管，其特征是在引线框 (3)上、管芯(1)的上方设本文档来自技高网...

【技术保护点】
特高二次击穿的大功率晶体管，包括引线框（３）与管芯（１），其特征是：在引线框（３）上利用Ｓｎ９６Ａｇ４低温焊料（２）焊接管芯（１），在引线框（３）的下面引出位于左侧的基极（６）、位于中间的集电极（５）与位于右侧的发射极（４）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：龚利汀，钱晓平，龚利贞，
申请(专利权)人：无锡固电半导体股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：32[中国|江苏]