一種高電流上升率的晶閘管芯片的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種高電流上升率的晶閘管芯片，包括N型硅單晶片構(gòu)成的長(zhǎng)基區(qū)N，在長(zhǎng)基區(qū)N的兩側(cè)設(shè)置有短基區(qū)P1、P2，在短基區(qū)P2上設(shè)置有陰極發(fā)射區(qū)、短路點(diǎn)和門極區(qū)；所述短基區(qū)P1上設(shè)置有背面金屬層，陰極發(fā)射區(qū)和門極區(qū)上設(shè)置有正面金屬層；所述的門極區(qū)設(shè)置在陰極發(fā)射區(qū)的中心位置，在門極區(qū)和陰極發(fā)射區(qū)間設(shè)置有隔離環(huán)；所述門極區(qū)包括用于焊接引線的焊接區(qū)以及與該焊接區(qū)相連的長(zhǎng)條型延長(zhǎng)區(qū)。本實(shí)用新型能增加門極觸發(fā)陰極發(fā)射區(qū)的導(dǎo)通面積，在不增加門極觸發(fā)功率的條件下達(dá)到提高晶閘管的電流上升率di/dt值，同時(shí)能夠防止門極區(qū)周邊的陰極區(qū)燒毀?？蓮V泛應(yīng)用于晶閘管芯片領(lǐng)域。
【專利說(shuō)明】—種高電流上升率的晶閘管芯片
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種晶閘管芯片，尤其涉及一種高電流上升率的晶閘管芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，電力電子產(chǎn)品作為自動(dòng)化、節(jié)材、節(jié)能、機(jī)電一體化、智能化的基礎(chǔ)，正朝著應(yīng)用技術(shù)高頻化、產(chǎn)品性能綠色化、硬件結(jié)構(gòu)模塊化的方向發(fā)展。現(xiàn)有的晶閘管芯片一般包括硅片部分，設(shè)置在硅片上方和下方的兩個(gè)金屬層，硅片的上方還設(shè)置有隔離區(qū)，在硅片上方金屬層上的門極區(qū)和陰極區(qū)，門極區(qū)和陰極區(qū)之間通過(guò)隔離區(qū)隔離。現(xiàn)有的單向晶閘管芯片產(chǎn)品經(jīng)常在工作中被燒毀，導(dǎo)致電路被損壞而不能正常工作，已經(jīng)不能滿足高端市場(chǎng)的需求。因?yàn)楝F(xiàn)有的晶閘管大都存在著門極觸發(fā)陰極發(fā)射區(qū)的導(dǎo)通面積小，芯片dl/dt耐量值不高，過(guò)電流承受能力差的問(wèn)題。而且在高的dl/dt環(huán)境下，會(huì)使得電流集中在門極附近很小的區(qū)域內(nèi)，使該區(qū)域的電流密度過(guò)大引起局部劇烈發(fā)熱，該種發(fā)熱引起器件溫度上升和停止工作后的溫度下降多次循環(huán)所造成的熱應(yīng)力會(huì)引起硅材料的晶格損傷，導(dǎo)致器件的門極區(qū)周邊的陰極區(qū)容易被燒毀。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的是提供一種高電流上升率的晶閘管芯片，能增加門極觸發(fā)陰極發(fā)射區(qū)的導(dǎo)通面積，在不增加門極觸發(fā)功率的條件下達(dá)到提高晶閘管的電流上升率di/dt值，同時(shí)能夠防止門極區(qū)周邊的陰極區(qū)燒毀。
[0004]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種高電流上升率的晶閘管芯片，包括N型硅單晶片構(gòu)成的長(zhǎng)基區(qū)N，在長(zhǎng)基區(qū)N的兩側(cè)設(shè)置有短基區(qū)P1、P2，在短基區(qū)P2上設(shè)置有陰極發(fā)射區(qū)、短路點(diǎn)和門極區(qū)；所述短基區(qū)Pl上設(shè)置有背面金屬層，陰極發(fā)射區(qū)和門極區(qū)上設(shè)置有正面金屬層；所述的門極區(qū)設(shè)置在陰極發(fā)射區(qū)的中心位置，在門極區(qū)和陰極發(fā)射區(qū)間設(shè)置有隔離環(huán)；所述門極區(qū)包括用于焊接引線的焊接區(qū)以及與該焊接區(qū)相連的長(zhǎng)條型延長(zhǎng)區(qū)。
[0005]優(yōu)選的，所述門極區(qū)為蝌蚪型結(jié)構(gòu)；蝌蚪型頭部為焊接區(qū)，身尾部為延長(zhǎng)區(qū)。
[0006]優(yōu)選的，所述靠近門極區(qū)的第一排短路點(diǎn)與隔離環(huán)的最小距離為0.5?2mm，第一排短路點(diǎn)間的距離為0.5?3mm。
[0007]進(jìn)一步的，在短基區(qū)P1、P2上還焊接有用于保護(hù)芯片和方便焊接的保護(hù)電極，保護(hù)電極上設(shè)置有比隔離環(huán)大的通孔。
[0008]優(yōu)選的，所述隔離環(huán)為二氧化硅保護(hù)的隔離環(huán)。
[0009]進(jìn)一步的，所述背面金屬層和正面金屬層為自里向外依次設(shè)置由鈦、鎳、銀層結(jié)合而成的金屬層。
[0010]本實(shí)用新型的有益效果:蝌蚪形門極區(qū)設(shè)置在晶閘管芯片的中心位置，所述蝌蚪形門極區(qū)頭部用于焊接引線的焊接區(qū)、身尾為門極的延長(zhǎng)區(qū)，在晶閘管芯片大小，形狀相同的情況下，本門極結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比能夠在不增加觸發(fā)功率的情況下有效提升晶閘管電流上升率2倍左右；同時(shí)解決芯片初始導(dǎo)通階段發(fā)熱量集中在門極窄小的周邊，芯片容易燒毀的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)陰極對(duì)應(yīng)長(zhǎng)條形門極的第一圈短路點(diǎn)個(gè)數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在提高電流上升率的同時(shí)，使得芯片的觸發(fā)電流保持與傳統(tǒng)的芯片結(jié)構(gòu)的觸發(fā)電流不變，從而保證了外部線路的觸發(fā)功率可以不需改變，避免配套產(chǎn)品的變更。門極區(qū)設(shè)置成蝌蚪形能有效增加門極觸發(fā)面積，陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)上分別設(shè)置保護(hù)電極能夠更好的保護(hù)芯片，且方便焊接。
[0011]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型的主視圖。
[0013]圖2為圖1的A-A剖視圖。
[0014]圖3為本實(shí)用新型中保護(hù)電極的主視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]實(shí)施例，如圖1至3所示，一種高電流上升率的晶閘管芯片，包括N型硅單晶片構(gòu)成的長(zhǎng)基區(qū)N，在長(zhǎng)基區(qū)N的兩側(cè)設(shè)置有短基區(qū)P1、P2，在短基區(qū)P2上設(shè)置有陰極發(fā)射區(qū)1、短路點(diǎn)8和門極區(qū)2 ;所述短基區(qū)Pl上設(shè)置有背面金屬層3，陰極發(fā)射區(qū)I和門極區(qū)2上設(shè)置有正面金屬層4 ;所述的門極區(qū)2設(shè)置在陰極發(fā)射區(qū)I的中心位置，在門極區(qū)2和陰極發(fā)射區(qū)I間設(shè)置有隔離環(huán)5 ;所述門極區(qū)2包括用于焊接引線的焊接區(qū)21以及與該焊接區(qū)相連的長(zhǎng)條型延長(zhǎng)區(qū)22。
[0016]所述門極區(qū)2為蝌蚪型結(jié)構(gòu)；蝌蚪型頭部為焊接區(qū)21，身尾部為延長(zhǎng)區(qū)22。
[0017]所述靠近門極區(qū)2的第一排短路點(diǎn)8與隔離環(huán)5的最小距離為0.5~2mm，第一排短路點(diǎn)間的距離為0.5~3mm。
[0018]在短基區(qū)P1、P2上還焊接有用于保護(hù)芯片和方便焊接的保護(hù)電極6，保護(hù)電極6上設(shè)置有比隔離環(huán)5大的通孔7。
[0019]所述隔離環(huán)5為二氧化硅保護(hù)的隔離環(huán)。
[0020]所述背面金屬層3和正面金屬層4為自里向外依次設(shè)置由鈦、鎳、銀層結(jié)合而成的
金屬層。
[0021]所述高電流上升率的晶閘管芯片的制造方法，以耐壓1200V產(chǎn)品為例，包括步驟如下:
[0022]1、硅單晶片要求:片厚440um，電阻率65-70.[0023]2、硅片清洗。
[0024]3、激光打標(biāo)芯片造型。
[0025]4、硼鋁涂層擴(kuò)散:擴(kuò)散溫度1255°C，時(shí)間30h，結(jié)深要求:70_90um。
[0026]5、氧化:溫度1050°C，時(shí)間7小時(shí)，干濕干交替氧化。二氧化硅厚度大于10000埃。
[0027]6、光刻N(yùn)+陰極區(qū)窗口:勻膠、前烘、光刻、顯影、定影、堅(jiān)膜、腐蝕、去膠。用本實(shí)用新型的專用N+陰極區(qū)窗口光刻版。
[0028]7、N+陰極區(qū)擴(kuò)散:
[0029]a、預(yù)擴(kuò)磷:溫度1050°C，時(shí)間60分鐘。
[0030]b、主擴(kuò)磷 :溫度1180°C，時(shí)間120分鐘。結(jié)深要求:15_20um，方塊電阻1.5-1.8.[0031]8、光刻電壓槽窗口:勻膠、前烘、光刻、顯影、定影、堅(jiān)膜、腐蝕二氧化硅、混合酸腐蝕電壓槽。
[0032]9、電壓槽表面鈍化:
[0033]a.玻璃粉的配制:配制玻璃粉溶劑:乙基纖維素:丁基卡比醇(2.5-3.5:100ml),玻璃粉漿料配制:玻璃粉溶劑:GP370玻璃粉(1: 2-3)，攪拌直至完全均勻后使用。
[0034]b.刮涂和燒結(jié)，燒結(jié)溫度800°C，時(shí)間:5分鐘。
[0035]10、光刻開窗蒸金屬:包括以下工序，勻膠、前烘、光刻、顯影、定影、堅(jiān)膜、濕法腐蝕
二氧化硅、去膠。
[0036]11、雙面蒸發(fā)金屬:蒸發(fā)鈦、鎳、銀。厚度要求:鈦2000埃，鎳5000埃，銀10000埃左右。
[0037]12、金屬分離:勻膠、前烘、光刻、顯影、定影、堅(jiān)膜、濕法腐蝕金屬、去膠。
[0038]13、合金:520°C,30分鐘氫、氮保護(hù)合金。
[0039]14、芯片檢測(cè)及劃片:對(duì)芯片的 VDRM/VRRM/IDRM/IRRM/VGT/IGT/IH
[0040]等參數(shù)進(jìn)行全檢，劃片采用激光劃片機(jī)進(jìn)行劃切。劃切速度:50mm/s.[0041]15、芯片電極焊接:焊接溫度:350°C.[0042]16、臺(tái)面二次保護(hù):用406硅橡膠涂敷。
[0043]17、芯片終測(cè):芯片參數(shù)進(jìn)行全檢。
[0044]18、芯片包裝:用專用包裝盒包裝，入庫(kù)。
【權(quán)利要求】
1.一種聞電流上升率的晶閘管芯片，包括N型娃單晶片構(gòu)成的長(zhǎng)基區(qū)N,在長(zhǎng)基區(qū)N的兩側(cè)設(shè)置有短基區(qū)P1、P2，在短基區(qū)P2上設(shè)置有陰極發(fā)射區(qū)(I)、短路點(diǎn)(8)和門極區(qū)(2);所述短基區(qū)Pl上設(shè)置有背面金屬層(3)，陰極發(fā)射區(qū)(I)和門極區(qū)(2)上設(shè)置有正面金屬層(4);其特征在于:所述的門極區(qū)(2)設(shè)置在陰極發(fā)射區(qū)(I)的中心位置，在門極區(qū)(2)和陰極發(fā)射區(qū)(I)間設(shè)置有隔離環(huán)(5);所述門極區(qū)(2)包括用于焊接引線的焊接區(qū)(21)以及與該焊接區(qū)相連的長(zhǎng)條型延長(zhǎng)區(qū)(22)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高電流上升率的晶閘管芯片，其特征在于:所述門極區(qū)(2)為蝌蚪型結(jié)構(gòu)；蝌蚪型頭部為焊接區(qū)(21)，尾部為延長(zhǎng)區(qū)(22)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高電流上升率的晶閘管芯片，其特征在于:所述靠近門極區(qū)(2)的第一排短路點(diǎn)(8)與隔離環(huán)(5)的最小距離為0.5?2mm，第一排短路點(diǎn)間的距離為0.5 ?3mm η
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述的高電流上升率的晶閘管芯片，其特征在于:在短基區(qū)Ρ1、Ρ2上還焊接有用于保護(hù)芯片和方便焊接的保護(hù)電極(6)，保護(hù)電極(6)上設(shè)置有比隔離環(huán)(5)大的通孔(7)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高電流上升率的晶閘管芯片，其特征在于:所述隔離環(huán)(5)為二氧化硅保護(hù)的隔離環(huán)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高電流上升率的晶閘管芯片，其特征在于:所述背面金屬層(3)和正面金屬層(4)為自里向外依次設(shè)置由鈦、鎳、銀層結(jié)合而成的金屬層。
【文檔編號(hào)】H01L29/74GK203415581SQ201320460964
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月30日
【發(fā)明者】王民安, 王日新, 汪杏娟, 葉民強(qiáng), 黃富強(qiáng), 項(xiàng)建輝 申請(qǐng)人:安徽省祁門縣黃山電器有限責(zé)任公司