專利名稱：鍍涂環(huán)保材料的雙銅質(zhì)電極整流管芯片及鍍涂工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種鍍涂環(huán)保材料的雙銅質(zhì)電極整流管芯片的エ藝結(jié)構(gòu)設(shè)計，屬半導(dǎo)體制造技術(shù)。
背景技術(shù)：
整流管芯片是電子元器件的基礎(chǔ)單元產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于變流、冶金、汽車、發(fā)電、自動化控制及家用電器等領(lǐng)域，市場需求量很大。有行業(yè)調(diào)查資料表明，額定電流為3 100A的整流管芯片，目前我國年產(chǎn)銷量約十億只。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和自動化的普及，市場需求量還在以每年約10%的速度在遞增。 自上世紀(jì)九十年代以來，生產(chǎn)整流管芯片的エ藝技術(shù)經(jīng)多次改進(jìn)提高，已基本趨于成熟。然而，進(jìn)一歩提高產(chǎn)品的質(zhì)量，降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，減小單位產(chǎn)品的資源、能源消耗和環(huán)境污染，仍是恒定不變的科技主題。現(xiàn)在市場上有雙電極的整流管芯片的エ藝結(jié)構(gòu)，主要有ニ種形式，均有其優(yōu)點(diǎn)和不足，分析如下1，傳統(tǒng)的鉛面エ藝結(jié)構(gòu)
(約占國內(nèi)市場份額的65% )。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是中間部份采用具有整流特性的硅片，ニ邊采用鉛錫包裹的鐵質(zhì)金屬或可伐合金電極，利用釬焊層將硅片和電極焊接在一起，其邊緣部分采用絕緣膠保護(hù)。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是エ藝成本較低。缺點(diǎn)是由于鐵質(zhì)金屬或可伐合金的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能很差，影響了產(chǎn)品的導(dǎo)電和導(dǎo)熱特性；更由于其必須用鉛錫包裹，鉛錫的配方比是95 5，大量的重金屬鉛裸露在產(chǎn)品表面，對環(huán)境帶來重大的污染隱患。2004年，歐盟就對含有六種環(huán)境污染物質(zhì)的電子產(chǎn)品進(jìn)行了封關(guān)，六種污染物中，重金屬鉛名列第三，這也是我國至今整流管芯片難以出口的主要原因。近年來，由于多次嚴(yán)重的環(huán)境污染血鉛事故，我國對涉鉛產(chǎn)品和涉鉛行業(yè)，加大了整治力度，這種エ藝結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品當(dāng)屬于關(guān)停范疇。2，鍍銀雙銅質(zhì)電極エ藝結(jié)構(gòu)
(約占國內(nèi)市場份額的35% )。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是中間部份采用具有整流特性的硅片，ニ邊采用雙面鍍銀的雙銅質(zhì)電極，利用釬焊層將硅片和電極焊接在一起，其邊緣部分采用絕緣膠保護(hù)。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品導(dǎo)電導(dǎo)熱性能優(yōu)良。缺點(diǎn)是由于使用了貴金屬銀為銅質(zhì)電極的鍍涂層，導(dǎo)致エ藝成本很高，同等額定電流規(guī)格的產(chǎn)品生產(chǎn)成本比傳統(tǒng)エ藝產(chǎn)品高出40% ;若量以億計的產(chǎn)品全部使用金屬銀，將極大浪費(fèi)稀有資源，不利于人類持續(xù)發(fā)展；鍍涂銀層時，較多使用氰化物，屬劇毒，治理困難，對環(huán)境有嚴(yán)重污染。該エ藝結(jié)構(gòu)自上世紀(jì)末從臺灣傳入大陸后，至今沒有質(zhì)的改迸。由于成本原因，在大陸占的市場份額較少，但由于產(chǎn)成品本身符合環(huán)保要求，在歐美市場成為了首選產(chǎn)品。綜上述，以上ニ種產(chǎn)品エ藝結(jié)構(gòu)都有其嚴(yán)重缺陷，如何取二者之長，補(bǔ)雙方之短，研發(fā)出ー種符合中國國情的產(chǎn)品エ藝和結(jié)構(gòu)，是該行業(yè)多年的期盼。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決整流管芯片產(chǎn)品關(guān)于品質(zhì)、成本、資源消耗、環(huán)境保護(hù)等諸多矛盾，本發(fā)明提出了使用鍍涂環(huán)保材料的雙銅質(zhì)電極整流管芯片的エ藝結(jié)構(gòu)，可使上述矛盾得到很好的統(tǒng)ー協(xié)調(diào)。這種エ藝結(jié)構(gòu)既具備傳統(tǒng)鉛面エ藝結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的低生產(chǎn)成本，又兼有鍍銀雙銅質(zhì)電極產(chǎn)品的優(yōu)良電熱性能，且在產(chǎn)品生產(chǎn)中無環(huán)境污染，不耗用貴重金屬，可譽(yù)為近二十年來國內(nèi)外整流管芯片產(chǎn)品生產(chǎn)中的一次重大技術(shù)創(chuàng)新。
產(chǎn)品的實(shí)體結(jié)構(gòu)參照說明書附

圖1，由具有整流特性的硅片(I)、釬焊層(2)、銅質(zhì)電極(3)、鍍涂環(huán)保材料層(4)、絕緣保護(hù)膠(5)構(gòu)成。整流芯片的硅片結(jié)構(gòu)特征為，基區(qū)電阻率5 50歐姆厘米，厚度180 310微米，硅片內(nèi)部具有ー個擴(kuò)散エ藝形成的PN結(jié)，其P型和N型的接近表面20微米部分，分別用擴(kuò)散エ藝形成高濃度的P+和N+型雜質(zhì)，以利減低通態(tài)壓降，硅片的表面，鍍涂有金屬鎳層，以有利與釬焊層形成良好的歐姆接觸。以上所述硅片基區(qū)電阻率選擇5 50歐姆厘米的依椐是，根據(jù)美國通用電器公司關(guān)于整流管芯片耐壓與硅片電阻率的關(guān)系式耐壓=94x電阻率(O. 75次方)，電阻率為5 50歐姆厘米的硅片可制造出300 1800伏反向耐壓的整流芯片，可以滿足目前國內(nèi)外整流管芯片95%的市場。以上所述硅片厚度選擇180 310微米的依椐是，根椐整流管芯片中耗盡層寬度與電阻率的關(guān)系式耗盡層寬度=4. 95x電阻率(O. 875次方)，電阻率為5 50歐姆厘米的硅片，其對應(yīng)耗盡層寬度為20 150微米，加上P和N型擴(kuò)散層總厚度160微米，故硅片總厚度選為180 310微米。以上所述硅片，其外邊緣形狀可以是園形，可以是正六角形，也可以是正方形。生產(chǎn)中選取何種形狀，主要取決于產(chǎn)品的耐壓要求，其中，園形結(jié)構(gòu)的耐壓優(yōu)于正六角形，而正六角形結(jié)構(gòu)的耐壓又優(yōu)于正方形。各種形狀硅片的平面幾何線度尺寸，在生產(chǎn)中必須根據(jù)產(chǎn)品的額定正向電流來確定，其原則是，每平方毫米硅片能安全通過I. 5安培的額定正向電流。考慮到國內(nèi)外雙銅質(zhì)電極整流管芯片的額定正向電流均集中于3 100安培范圍，故本發(fā)明選用的各種形狀硅片的平面最大幾何尺寸為3-9毫米。產(chǎn)品的釬焊層有ニ層，形狀為園片形，其直徑分別與雙銅質(zhì)的上、下ニ片電極相同，為4. 5-8. 5毫米。釬焊層的作用，是連接硅片和ニ銅質(zhì)電極，接通電流和導(dǎo)出熱量。應(yīng)考慮選用沾潤能力好、塑性形變大的金屬或合金，本發(fā)明中可以用鉛錫合金片，也可以用鋁片或硅鋁片。釬焊層的厚度的選用，是即要考慮到釬焊沾潤飽滿的需要，又要防止釬焊劑余量滴落而發(fā)生的ニ電極短路意外。經(jīng)反復(fù)試驗，確定厚度為30-60微米。產(chǎn)品使用的雙銅質(zhì)電極，其形狀為園片形，有上電極和下電極各一片，上電極直徑略小于下電極直徑，這樣的直徑設(shè)計，有利于灌注絕緣保護(hù)膠和用戶辯認(rèn)電極性。如前述，各種額定電流不同的產(chǎn)品有不同的直徑系列，對于園硅片，上電極直徑略大于園硅片直徑；對于正六角或正方形娃片，上電極直徑略大于娃片的對角線長。本發(fā)明中，ニ電極的直徑范圍為4. 5-9. 5毫米。電極材料為無氧銅，因其有很好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，且抗蝕能力強(qiáng)。雙電極選用上電極比下電極略厚，ニ電極的厚度范圍為O. 5-1毫米。本發(fā)明的核心技術(shù)之一，是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的改進(jìn)發(fā)明。在產(chǎn)品的外表面鍍涂環(huán)保材料。鍍涂材料的選取原則是
(I)不能含有鉛、鉻、汞等重金屬。(2)不能含有致癌類有機(jī)物和放射性元素。(3)有易焊性和抗氧化性。(4)價格低廉。 (5)不是稀有的、貴重的、資源近枯竭的物質(zhì)。本發(fā)明所述鍍涂環(huán)保材料層，選用的可以是錫金屬層，也可以是鎳金屬層，還可以是鈦鎳銀合金層。所述材料各有其特點(diǎn)，分別如表I :表I
權(quán)利要求
1.一種鍍涂環(huán)保材料的雙銅質(zhì)電極整流管芯片，其特征在于所述芯片由具有整流特性的硅片(I)、釬焊層(2)、銅質(zhì)電極(3)、鍍涂環(huán)保材料層(4)、絕緣保護(hù)膠(5)構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的整流管芯片的硅片，其特征在于所述硅片，厚度為180 310微米，其外邊緣形狀可以是園形，可以是正六角形，也可以是正方形，各種形狀硅片的平面最大幾何尺寸為3-9毫米。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的整流管芯片的釬焊層，其特征在于所述釬焊層，有二層，形狀為園片形，其直徑分別與雙銅質(zhì)的上、下二片電極相同，為4. 5-8. 5毫米。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的整流管芯片的銅質(zhì)電極，其特征在于所述銅質(zhì)電極，其形狀為園片形，有上電極和下電極各一片，上電極直徑略小于下電極直徑，二電極的直徑范圍為4.5-9. 5毫米，電極材料為無氧銅，厚度范圍為0. 5-1毫米。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的整流管芯片的鍍涂環(huán)保材料層，其特征在于所述鍍涂環(huán)保材料層，可以是錫金屬層，也可以是鎳金屬層，還可以是鈦鎳銀合金層，厚度為3-8微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的整流管芯片，其工藝流程的關(guān)鍵改進(jìn)，在于先用裸銅電極和硅片釬焊成準(zhǔn)產(chǎn)品，經(jīng)腐蝕、上膠后鍍涂環(huán)保材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鍍涂環(huán)保材料層，本發(fā)明有二種工藝方法 (1)使用電鍍工藝方法，經(jīng)過燒結(jié)，腐蝕，上過絕緣保護(hù)膠的準(zhǔn)產(chǎn)品，經(jīng)預(yù)處理后，放入含有輔助導(dǎo)電物體的電鍍設(shè)備中進(jìn)行滾鍍，以鍍涂上環(huán)保材料層，電流密度選用6-10A/KG，電渡液溫度控制在40-60度，電鍍時間為80-120分鐘 (2)使用蒸發(fā)工藝方法，經(jīng)過燒結(jié)，腐蝕，上過絕緣保護(hù)膠的準(zhǔn)產(chǎn)品，經(jīng)預(yù)處理后，放入高真空的蒸發(fā)設(shè)備內(nèi)，用蒸發(fā)的工藝方法在整流管芯片的一個表面上蒸涂上環(huán)保材料層，蒸發(fā)的時間選用5 15分鐘，蒸發(fā)后襯底的燒滲溫度控制在200 280度，燒滲時間為10 20分鐘，每個產(chǎn)品須蒸發(fā)二遍。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種使用鍍涂環(huán)保材料的雙銅質(zhì)電極整流管芯片的工藝結(jié)構(gòu)，可使整流管芯片產(chǎn)品關(guān)于品質(zhì)、成本、資源消耗、環(huán)境保護(hù)等諸多矛盾得到很好的統(tǒng)一協(xié)調(diào)。這種工藝結(jié)構(gòu)既具備傳統(tǒng)鉛面工藝結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的低生產(chǎn)成本，又兼有鍍銀雙銅質(zhì)電極產(chǎn)品的優(yōu)良電熱性能，且在產(chǎn)品生產(chǎn)中無環(huán)境污染，不耗用貴重金屬，可譽(yù)為近二十年來國內(nèi)外整流管芯片產(chǎn)品生產(chǎn)中的一次重大技術(shù)創(chuàng)新。產(chǎn)品的實(shí)體結(jié)構(gòu)由具有整流特性的硅片(1)、釬焊層(2)、銅質(zhì)電極(3)、鍍涂環(huán)保材料層(4)、絕緣保護(hù)膠(5)構(gòu)成。
文檔編號H01L29/861GK102637747SQ201210105760
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月5日
發(fā)明者程德明, 胡建業(yè), 胡志堅, 胡翰林, 鄭沛然 申請人:祁門縣硅鼎電子元件廠