一种高稳定性开放结塑封硅整流二极管的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种高稳定性开放结塑封硅整流二极管的制造方法，包括：步骤1，二极管晶粒的制备；步骤2，铜引线电极回火；步骤3，装填；步骤4，焊接；步骤5，清洗；步骤6，塑封。本发明专利技术方法生产的二极管，气孔面积小，良品率高，有效避免焊接不密集牢固的问题。提高产品高温下的可靠性，特别是有效改善二极管的反向稳定耐压、稳定低正向压降、高温漏电流、使用寿命等指标。使用寿命等指标。使用寿命等指标。

【技术实现步骤摘要】
一种高稳定性开放结塑封硅整流二极管的制造方法


[0001]本专利技术涉及半导体二极管的制造，具体地说是一种高稳定二极管的制造方法。

技术介绍

[0002]此外，现有技术中，上、下石墨舟必须具有相当的同心度，不良的同心度焊接的材料上、下引线的同心度难以保证，这样，至少会产生如下几个弊病：A上胶时难上，严重时会断料；B成型时使晶片受到不应有的切合应力（此应力会使IR变大，PIV降低），严重时会使晶粒破裂，尤其是SKY、GPP器件。由于这两类器件的正面焊接区受到严格的限制，不好同心度除了会导致上述的弊病外，还会使焊锡溢出焊接区而导致短路或LP。现有技术中缺乏控制同心度的好办法。
[0003]现有技术中，开放结塑封硅整流二极管的结构见图1、图2。理想的焊接面应该是无气孔的，但实际上隧道炉焊接的器件总是存在某些气孔。产生焊接气孔必须具备两个条件：（1）、焊接面有气体存在或焊接时焊接面处有气体产生（2）、这些气体在焊锡凝固（液相变为固相）前还来不及跑出焊接面。
[0004]构成气孔的气源主要来自三个方面：A.因为引线台面、焊片、晶片之间装填时不可能绝对紧密接触，即总是存在一定的氮气；B.引线、焊片、镍镀层表面的氧化膜被氢还原后产生的水蒸气；C.助焊剂分解产生的气体。所以焊接面中存在的这些气泡，由于重力的作用会慢慢移动而逸出焊接面，但这与材料在焊接炉中的行进速度有关（链速），一定的链速规定了材料处于高温区的时间，一旦材料走出高温区，材料开始冷却，焊锡重新凝固，此时尚未移出焊接面的气泡就再也出不来了，这就是焊接气孔形成的机理。
[0005]焊接气孔的存在对器件电性的危害主要表现在两个方面：A.对正向的危害，气孔的存在减小了晶片的有效面积，使正向电阻增大，相应的热阻也变大，VF增加，可以承受的正向浪涌电流下降。B.对反向的危害，以往认为焊接不良只对正向有不良影响，其实不然，不良的焊接对反向的影响甚至比正向还严重。反向的好坏很大程度上取决于晶粒侧面的清洁程度，如果焊接面上存在过多之边缘气孔，这种微小的空隙就成了晶片台面藏污纳污的场所，酸洗时产生的多种导电杂质一旦进入此气孔，就很难被清洗出来，只要这些脏物不跑到P
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N结附近，则器件的反向电性不会呈现任何不良，但是这些脏物在热、电场等的作用下会从小孔逸出而跑到P
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N结附近，就会导致器件的反向特性就变坏（电性衰降），这是器件电性品质随时间而变坏的主要原因。
[0006]此外，铜引线电极一般都用无氧铜，由于拉成线材时的工艺条件不一致，有的无氧铜引线硬度较大，在二极管成型固化时会对晶片造成大的压应力，轻则会使通过P
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N结表面的反向电流IR增大，重则会使晶片破损而彻底失效。
[0007]酸洗是塑封二极管工艺中关键的一道工序，不考虑晶片本身问题的影响，二极管反向电性的形成就取决于酸洗工艺。我们取一只焊接好的O/J系列的材料去测它的正、反向特性，发现其正向压降已符合要求，说明它的正向特性已经具备，但反向特性却呈现短路（SHORT）状，按理说晶片的P
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N结早已形成，其正向特性也已经具备，之所以不呈现出应有的
反向特性，这要从半导体P/N结基本原理来讲，前面我们提到P/N结具有正、反向特性，但这只是指流过P
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N结体内的电流IR（体）而言，对一只O/J（开放结—P/N结直接暴露在表面）器件来说，晶片四周是暴露的P/N结，当施加反向电压时，P/N结内部（体内）的电流IR（体）符合P
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N结的反向特性，但同时还存在通过P
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N结表面的反向电流IR（表面），即总的反IR（表面）与晶片四周的表面状况强烈有关：IR=IR（体）+IR（表面）晶片制造中是在一个大圆片上制成一个大的P
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N结，然后切割成所需大小尺寸的晶粒。现有技术中，都是从N面切向P面，开放结塑封硅整流二极管（O/J系列的二极管）酸洗的目的是解决晶片崩裂时产生的机械损伤层。仔细观察其酸蚀后的晶片酸蚀边界，发现晶片酸蚀前的晶片酸蚀边界（剖面图）是上下一致的中的虚线位置，但酸蚀后的晶片酸蚀边界都变成如图3所示。
[0008]使晶片酸蚀边界成如此形状的原因是：混合酸与硅的反应首先通过硝酸对硅的氧化把硅氧化成二氧化硅，然后再靠氢氟酸把二氧化硅除去所以硝酸氧化反应的速度就决定了硅的整体腐蚀速度，而氧化速度的快慢又与硅材料中自由电子的多少有关，自由电子愈多，氧化反应愈快。但是二极管晶片的结构按导电类型来分，分别由N
+
（强N型）区、N区和P区组成，三者相比，N+区自由电子最多，N区次之，P区则最少，对N
+
区来说，越靠近表面自由电子越多，相反P区则是越靠近表面自由电子越少，这样晶片侧面各区的腐蚀速度就不一致，于是最终导致了如图3所示的晶片酸蚀边界。晶片酸蚀边界在N
+
区形成了一圈伸向里面的沟槽，沟槽内有很多麻点（边缘气孔被腐蚀后的产物），因沟槽和麻点的存在，清洗就显得困难了。沟槽和麻点酸洗时藏污纳垢的好场所，这一小空间酸蚀时进入了一定量的导电脏物，由于空隙很小，超声清洗很难把它清洗出来，于是就成了以后器件失效的隐患，上胶、成型后，由于脏物远离P
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N结，所以对电性无任何妨碍但长期存放，或高温烘烤，或电场作用，这些脏物会自小孔出来，向P
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N结运动，这就是为什么当时是好的器件，以后会失效的原因。
[0009]公开号为CN102214570A的专利公开了一种高稳定触发二极管的制造方法，包括焊接、一次酸洗、高纯水冲洗、二次酸洗、高纯水冲洗、两道高纯水超声波清洗、两道无水乙醇清洗、上胶、注塑等步骤；焊接炉进口设计成上坡、出口设计成下坡的结构形式，使焊接时的保护气体氮气的用量明显减少，减少了能源的消耗；将现有散下式方法改为集中定点放入酸液，减小了酸的耗用，同时降低了对环境的污染，减少了对铜引线的腐蚀；清洗过程中采用了扇形喷嘴冲洗的方式能有效地去除杂质；采用两道高纯水超声波清洗，再经过两道无水乙醇清洗，使产品高温性能大幅度地提高。一次酸洗，酸洗液为：HF∶HNO3∶HAC∶H2SO4＝9∶9∶12∶4，腐蚀去除划片机械损伤层，时间h3为：135秒≤h3≤155秒；(5)将步骤(4)的二极管材料用高纯水冲洗，冲洗时间h4为：50秒≤h4≤70秒；(6)将步骤(5)的二极管材料进行二次酸洗，酸洗液为：H3PO4∶H2O2∶H2O＝1∶2∶3进行清洗，温度t3为：58℃≤t3≤62℃，时间h5为：50秒≤h5≤60秒；(7)将步骤(6)的二极管材料用高纯水冲洗，冲洗时间h5为：50秒≤h6≤70秒。
[0010]公开号为CN104399702A的专利公开了一种二极管芯片晶片酸洗工艺，所述工艺依次为一次酸洗、二次酸洗、氨水与双氧水清洗及水超声清洗，其中一次酸洗清洗时间110
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125s，二次酸洗清洗时间70
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78s；所述一次酸洗的清洗液为HNO3、HF、CH3COOH和H本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高稳定性开放结塑封硅整流二极管的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：二极管晶粒的制备1.1：在硅晶片的厚度方向预切割，形成不完全切开的二极管晶粒，硅晶片的切割深度为硅晶片总厚度的2/3～3/4；1.2：将在厚度方向预切割的硅晶片N面朝下放在晶粒裂解纸上，切割刀口方向朝上，轻压，使得不完全切开的二极管晶粒完全裂解，形成晶片；步骤2：铜引线电极回火将两铜引线电极装入焊接舟，放入隧道炉中进行回火；隧道炉的保护气体喷口有五路，第一路喷口设置在隧道炉的的进料口，第五路喷口设置在隧道炉的出料口，第二路喷口、第三路喷口分别设置在隧道炉的加热段的底部、上部，第四路喷口设置在隧道炉的降温段；每次回火前，先打开第二路喷口、第三路喷口、第四路喷口，喷出保护气体，保持第二路喷口、第三路喷口、第四路喷口的流量为4500
‑
5500升/小时，此时第一路喷口、第五路喷口关闭，将炉膛中的空气被通入的保护气体彻底赶净；然后打开第一路喷口、第五路喷口喷出保护气体,第一路喷口的流量控制在2000
‑
2500升/小时，第五路喷口的流量控制在2500
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3000升/小时；降低第二路喷口的流量至3000
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3500升/小时，降低第三路喷口、第四路喷口的流量至3500
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4000升/小时；确认流量稳定时方可开始进料焊接；第一路喷口、第五路喷口喷出的保护气体为氮气；第二路喷口、第三路喷口、第四路喷口喷出的保护气体为氮气与氢气的混合气体，其中氢气与氮气的摩尔比为0.02：1
‑
0.04：1；回火温度和时间：以20
±
0.5℃/min的升温斜率在隧道炉的加热段加热焊接舟至390～400℃，温度维持时间：5～8min；再将焊接舟送至隧道炉的降温段，以8
±
0.5℃/min的降温斜率降温至80
±
5℃，出炉；步骤3：装填将回火后的两铜引线电极、两焊片、晶片装入工夹具内；各铜引线电极包括台面、引线；各铜引线电极、焊片、晶片的横截面均呈圆形，各铜引线电极、焊片、晶片同轴设置；各铜引线电极的台面的尺寸等于晶片的尺寸，焊片的直径略大于晶片的直径；焊片的厚度为0.04
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0.06mm；步骤4：焊接装填好的焊接舟，再次放入隧道炉中进行焊接，形成二极管焊接件；隧道炉的保护气体喷口有五路，第一路喷口设置在隧道炉的的进料口，第五路喷口设置在隧道炉的出料口，第二路喷口、第三路喷口分别设置在隧道炉的加热段的底部、上部，第四路喷口设置在隧道炉的降温段；每次开炉前，先打开第二路喷口、第三路喷口、第四路喷口，喷出保护气体，保持第二路喷口、第三路喷口、第四路喷口的流量为4500
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5500升/小时，此时第一路喷口、第五路喷口关闭，将炉膛中的空气被通入的保护气体彻底赶净；然后打开第一路喷口、第五路喷口喷出保护气体,第一路喷口的流量控制在2000
‑
2500升/小时，第五路喷口的流量控制在2500
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3000升/小时；降低第二路喷口的流量至2500
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3000升/小时，降低第三路喷口、第四路喷口的流量至3000
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3500升/小时；
确认流量稳定时方可开始进料焊接；所述保护气体为氮气；焊接温度和时间为：以16.5
±
0.5℃/min的升温斜率在隧道炉的加热段加热焊接舟至至330～340℃，焊接温度维持时间：8～10min；再将焊接舟送至隧道炉的降温段,以5.0
±
0.5℃/min的降温斜率降温至70
±
5℃，出炉，最后自然降至室温；步骤5：清洗包括如下步骤：5.1：按照浓度＞68%的硝酸:浓度＞48%的氢氟酸:浓度＞99%的冰醋...

【专利技术属性】
技术研发人员：李金栋，李斌，
申请(专利权)人：山东融创电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：