一種高可靠抗輻照玻璃鈍化快恢復整流二極管制造方法
【專利摘要】本發明提供的一種高可靠抗輻照玻璃鈍化快恢復整流二極管制造方法，采用鉬或鎢作為電極引線，管芯采用鋁作為焊料，芯片采用深結擴散工藝，臺面造型為正斜角造型，該芯片結構降低表面電場，同時在進行玻璃鈍化封裝前，采用酸、堿腐蝕工藝及鈍化工藝對芯片臺面進行保護，然后采用特殊玻璃粉進行高溫鈍化封裝成型；本發明芯片成正斜角，降低了器件的表面電場，提高了芯片表面的穩定性；在芯片腐蝕過程中最大限度的清潔了芯片表面，減少了界面電荷的影響，使器件具有良好的雪崩擊穿性能，提升產品的可靠性；由于鈍化層較厚，同時具有一定的含鉛量使產品能在輻照條件下穩定工作。
【專利說明】
一種高可靠抗輻照玻璃鈍化快恢復整流二極管制造方法
技術領域
[0001]本發明涉二極管制作工藝，尤其涉及一種高可靠抗輻照玻璃鈍化快恢復整流二極管制造方法。
【背景技術】
[0002]隨著電力電子技術向高頻化、低功耗、模塊化方向發展，快恢復二極管作為一種高頻器件也得廣泛運用，除了具有高頻整流的基本功能之外，還被廣泛用于各種高頻逆變裝置和斬波調速裝置內，起到高頻整流、續流、吸收、隔離和箝位的作用，快恢復整流二極管在航天領域也得到廣泛運用，本發明涉及一種高可靠抗輻照玻璃鈍化快恢復整流二極管的制造方法，大大提升了器件的運用領域，產品可使用于環境要求極其嚴酷的航空、航天領域中。
【發明內容】
[0003]為解決上述技術問題，本發明提供了一種高可靠抗輻照玻璃鈍化快恢復整流二極管制造方法。
[0004]本發明通過以下技術方案得以實現。
[0005]本發明提供的一種高可靠抗輻照玻璃鈍化快恢復整流二極管制造方法，其工藝步驟為:
[0006]a)采用4?95 Ω.cm的N型單晶硅片先進行磷擴散，磷擴散方式為攜帶源擴散一次，擴散時間4小時、擴散溫度1180 °C;涂源擴散I?2次、擴散時間10?20小時，溫度1280 °C;攜帶源擴散一次，擴散時間4小時，溫度1180°C。形成N+N-N+的硅片。磷擴散后將硅片進行磨片處理，去除一面N+層，形成N+N-層，硅片厚度200?300um。磨片后將硅片進行硼擴散處理，擴散時間10?25小時，溫度1250 °C，擴散后形成P+N-N+的芯片結構。硼擴散后將芯片進行噴砂處理去除芯片硼面的硼硅玻璃；
[0007]b)再通過電子束蒸發在PN結的P面和N面制備鋁的金屬薄膜層，通過吹砂切割將鍍有金屬薄膜層的單晶硅片吹砂成型成截面為梯形臺面的管芯；
[0008]c)采用清洗劑對切割好的管芯進行腐蝕清洗10?15min，腐蝕完成后的管芯用丙酮進行超聲波清洗10?20min，再用酒精進行超聲波清洗8?15min，然后脫水、烘干；
[0009]d)通過高溫燒結將電極與金屬引線燒焊成一個整體的電極引線，再電極引線、管芯、電極引線依次豎直疊放到石墨模具中，再將石墨模具放入真空燒結爐中將電極引線和管芯進行熔焊鍵和。
[0010]e)將燒焊后的二極管插入腐蝕盤中使用酸腐蝕液對其進行腐蝕兩次每次30s，腐蝕完成后使用離子水清洗；
[0011]f)酸腐蝕后的二極管放入溫度為40?45 0C的鈍化液中鈍化I?2min ；
[0012]g)將鈍化后的二極管裝載在石墨條上，臺面上采用自動涂粉及均勻涂覆顆粒度在800目以上的玻璃粉漿，形成均勻的球體，涂粉后送入低溫成型爐中進行成型2?3h。
[0013]所述清洗劑按質量百分比是65%?68 %的硝酸、彡40 %的氫氟酸、95%?98%的硫酸、彡99.5%的冰乙酸按體積比6:2:3:5: I混合的混合溶液。
[0014]所述高溫燒結的焊料為銅焊片，其高溫燒結溫度為800?900°C。
[0015]所述管芯上的金屬薄膜為管芯鍵和的焊料，金屬薄膜厚度為10?16um，其熔焊鍵和的溫度為620?650°C。
[0016]所述酸腐蝕液按質量百分比是分析純的65%?68%的硝酸、多40%的氫氟酸、95 %?98 %的硫酸、彡85 %的冰乙酸按體積比1.5:1:1:2:1的混合溶液。
[0017]所述鈍化液按質量百分比是多30%的雙氧水、多85 %的雙氧水和離子水按2:2:4混合的混合液。
[0018]所述玻璃粉中含有6%?10%的鉛，其膨脹系數與鉬、鎢電極相近。
[0019]所述低溫成型爐升溫速率10?15°C/min，升溫時間45?65min，最高燒結溫度6300C，恒溫時間5?15min，降溫速率彡5 V /min。
[0020]本發明的有益效果在于:芯片分離采用正吹砂切割方式形成正斜角，大大降低了器件的表面電場，提高了芯片表面的穩定性;在芯片腐蝕過程中采用酸腐蝕去除芯片臺面損傷層、腐蝕工藝去除粘附在芯片表面的重金屬離子、熱鈍化方式中和堿金屬離子并在芯片表面生長一層二氧化硅鈍化保護層的工藝，最大限度的清潔了芯片表面，減少了界面電荷的影響，使器件具有良好的雪崩擊穿性能，提升產品的可靠性;產品采用具有一定含鉛成分的玻璃粉經高溫成型實現產品的鈍化兼封裝作用，由于鈍化層較厚，同時具有一定的含鉛量使產品能在輻照條件下穩定工作。產品組件中的鉬(鎢)電極與芯片和玻璃鈍化層的熱膨脹系數相當，提升了產品的熱匹配性能，同時在產品玻璃粉的成型過程中采用低溫成型工藝，升溫、降溫速率較慢，能較好的釋放玻璃鈍化層中的應力，器件能在-65?200 0C的溫度條件下工作，具有較高的可靠性。
【具體實施方式】
[0021]下面進一步描述本發明的技術方案，但要求保護的范圍并不局限于所述。
[0022]—種高可靠抗輻照玻璃鈍化快恢復整流二極管制造方法，其工藝步驟為:
[0023]a)采用4?95 Ω.cm的N型單晶硅片先進行磷擴散，磷擴散方式為攜帶源擴散一次，擴散時間4小時、擴散溫度1180 °C;涂源擴散I?2次、擴散時間10?20小時，溫度1280 °C;攜帶源擴散一次，擴散時間4小時，溫度1180°C。形成N+N-N+的硅片。磷擴散后將硅片進行磨片處理，去除一面N+層，形成N+N-層，硅片厚度200?300um。磨片后將硅片進行硼擴散處理，擴散時間10?25小時，溫度1250 °C，擴散后形成P+N-N+的芯片結構。硼擴散后將芯片進行噴砂處理去除芯片硼面的硼硅玻璃，將芯片進行鉑擴散處理，擴散溫度800?900°C，時間80?120min；
[0024]b)再通過電子束蒸發在PN結的P面和N面制備鋁的金屬薄膜層，通過吹砂切割將鍍有金屬薄膜層的單晶硅片吹砂成型成截面為梯形臺面的管芯；
[0025]c)采用清洗劑對切割好的管芯進行腐蝕清洗10?15min，腐蝕完成后的管芯用丙酮進行超聲波清洗10?20min，再用酒精進行超聲波清洗8?15min，然后脫水、烘干；
[0026]d)通過高溫燒結將電極與金屬引線燒焊成一個整體的電極引線，再電極引線、管芯、電極引線依次豎直疊放到石墨模具中，再將石墨模具放入真空燒結爐中將電極引線和管芯進行熔焊鍵和。
[0027]e)將燒焊后的二極管插入腐蝕盤中使用酸腐蝕液對其進行腐蝕兩次每次30s，腐蝕完成后使用離子水清洗；
[0028]f)酸腐蝕后的二極管放入溫度為40?45 0C的鈍化液中鈍化I?2min;
[0029]g)將鈍化后的二極管裝載在石墨條上，臺面上采用自動涂粉及均勻涂覆顆粒度在800目以上的玻璃粉漿，形成均勻的球體，涂粉后送入低溫成型爐中進行成型2?3h。
[0030]所述清洗劑按質量百分比是65%?68%的硝酸、彡40%的氫氟酸、95%?98%的硫酸、彡99.5%的冰乙酸按體積比6:2:3:5: I混合的混合溶液。
[0031 ] 所述高溫燒結的焊料為銅焊片，其高溫燒結溫度為800?900°C。
[0032]所述管芯上的金屬薄膜為管芯鍵和的焊料，金屬薄膜厚度為10?16um，其熔焊鍵和的溫度為620?650°C。
[0033]所述酸腐蝕液按質量百分比是分析純的65%?68%的硝酸、多40%的氫氟酸、95 %?98 %的硫酸、彡85 %的冰乙酸按體積比1.5:1:1:2:1的混合溶液。
[0034]所述鈍化液按質量百分比是彡30%的雙氧水、彡85%的雙氧水和離子水按2:2:4混合的混合液。
[0035]所述玻璃粉中含有6%?10%的鉛，其膨脹系數與鉬、鎢電極相近。
[0036]所述低溫成型爐升溫速率10?15°C/min，升溫時間45?65min，最高燒結溫度6300C，恒溫時間5?15min，降溫速率彡5 V /min。
[0037]實施例1
[0038]—種高可靠抗輻照玻璃鈍化快恢復整流二極管制造方法，采用鉬作為電極引線，管芯采用鋁作為焊料，芯片采用深結擴散工藝，臺面造型為正斜角造型，該芯片結構降低表面電場，同時在進行玻璃鈍化封裝前，采用酸、堿腐蝕工藝及鈍化工藝對芯片臺面進行保護，然后采用特殊玻璃粉進行高溫鈍化封裝成型;步驟為:
[0039](I)制備管芯。芯片采用N型單晶硅片，硅片電阻率根據實際電壓要求選取范圍為:4Ω.cm，能實現從200V的擊穿電壓范圍。硅片先進行磷擴散，磷擴散方式為攜帶源擴散一次，擴散時間4小時、擴散溫度1180 °C；涂源擴散I次、擴散時間1小時，溫度1280 °C ;攜帶源擴散一次，擴散時間4小時，溫度1180°C。形成N+N—N+的硅片。磷擴散后將硅片進行磨片處理，去除一面N+層，形成N+N—層，硅片厚度200um。磨片后將硅片進行硼擴散處理，擴散時間10小時，溫度1250°C，擴散后形成P+N—N+的芯片結構。硼擴散后將芯片進行噴砂處理去除芯片硼面的硼硅玻璃。將芯片進行鉑擴散處理，擴散溫度800°C，時間80min。在擴散形成PN結的芯片通過電子束蒸發的方式在芯片表面制備鋁的金屬薄膜層，厚度10um。再通過吹砂切割將鍍有金屬薄膜層的單晶硅片吹砂成型成為梯形臺面的管芯。
[0040](2)腐蝕清洗管芯。采用硝酸、氫氟酸、硫酸、冰乙酸的混合酸對切割好的管芯進行腐蝕，硝酸、氫氟酸、硫酸和冰乙酸的質量百分濃度分別為:65、40 %、95%、99.5%混合酸中硝酸、氫氟酸、硫酸和冰乙酸的體積配比為6:2:3:5:1，對管芯腐蝕lOmin，腐蝕完成后的管芯用丙酮進行超聲波清洗一次，時間1min，在用酒精進行超聲波清洗一次，時間Smin，然后脫水、烘干。通過上述混合酸的腐蝕清洗，能夠有效去除芯片臺面的機械損傷層和雜質離子。
[0041](3)燒焊組裝。以銅焊片作為焊料，通過高溫燒結方法將鉬或鎢電極與銅金屬引線或銅包鋼絲引線燒焊在一起形成整體的電極引線，高溫燒結的溫度為800°C ;再將兩個電極引線與一個管芯配組裝入石墨模具中，石墨磨具上蓋板和下蓋板，配組時兩個電極引線的電極端面分別與管芯的P面和N面上的金屬薄膜緊密接觸，電極引線、管芯、電極引線依次豎直疊放，再將石墨模具放入真空燒結爐中，并在高溫下將電極引線和管芯進行熔焊鍵合，鋁金屬薄膜對應的熔焊鍵合溫度為620°C，提高熔焊鍵合的質量。管芯上的金屬薄膜是實現電極引線與管芯鍵合的焊料，石墨磨具的上蓋板主要是提高產品組件燒焊后的同心度。
[0042](4)臺面酸腐蝕腐蝕。將燒焊組裝好的裸二極管插入專用的腐蝕盤中，并采用純度為分析純的硝酸、氫氟酸、冰乙酸、硫酸混合酸對其進行腐蝕，配置混合酸時硝酸、氫氟酸、冰乙酸、硫酸體積比為1.5:1:1:2:1;腐蝕次數兩次，每次30s;所用硝酸、氫氟酸、冰乙酸、硫酸的質量百分比濃度分別為:65% ,40% ,99.5% ,85%，腐蝕完成后用大量去尚子水進行沖洗。上述混合酸的配比對芯片具有較好的腐蝕作用，使芯片臺面腐蝕光亮、同時又能盡量減少其對電極材料中銅引線及鉬電極的腐蝕。
[0043](5)鈍化處理，將堿腐蝕清洗后額產品進行熱鈍化處理，其鈍化液配比為雙氧水、磷酸、去離子水按2:2:4,鈍化液溫度在400C，鈍化次數兩次，時間Imin，所用雙氧水、磷酸純度為分析純，質量百分比為30%、85%。熱鈍化的目的是在芯片表面濕法生長一層二氧化硅鈍化層，其中磷酸主要為緩沖溶液，提供酸根離子，雙氧水的作用是與硅反應生成二氧化硅，實現硅表面鈍化保護。同時由于鈍化液是酸性液體，產品在堿腐蝕后加入酸性液體進行鈍化也達到了一定的中和作用，使堿腐蝕后的產品組件更容易清洗干凈。
[0044](7)封裝成型。在腐蝕清洗后的管芯裝載在石墨條上，臺面上采用自動涂粉及均勻涂覆玻璃粉漿，形成均勻的球體，其中鈍化玻璃粉為特殊玻璃粉，顆粒度在800目，玻璃粉含鉛量在2%，涂粉后送入低溫成型爐中進行成型，成型時間2個小時，設備升溫速率10°C/min，升溫時間45min，最高燒結溫度630°C，恒溫時間5min，降溫速率5°C/min。產品經高溫成型后玻璃粉漿融凝實現的芯片臺面的鈍化兼封裝作用，芯片臺面區域的玻璃鈍化層厚度
Imnin
[0045]實施例2:
[0046]—種高可靠抗輻照玻璃鈍化快恢復整流二極管制造方法，采用鉬作為電極引線，管芯采用鋁作為焊料，芯片采用深結擴散工藝，臺面造型為正斜角造型，該芯片結構降低表面電場，同時在進行玻璃鈍化封裝前，采用酸、堿腐蝕工藝及鈍化工藝對芯片臺面進行保護，然后采用特殊玻璃粉進行高溫鈍化封裝成型;其具體步驟為:
[0047](I)制備管芯。芯片采用N型單晶硅片，硅片電阻率根據實際電壓要求選取范圍為:4?95Ω.cm，能實現從200V?2500V的擊穿電壓范圍。硅片先進行磷擴散，磷擴散方式為攜帶源擴散一次，擴散時間4小時、擴散溫度1180°C ;涂源擴散2次、擴散時間15小時，溫度12800C ;攜帶源擴散一次，擴散時間4小時，溫度1180°C。形成N+N—N+的硅片。磷擴散后將硅片進行磨片處理，去除一面N+層，形成N+N—層，硅片厚度250um。磨片后將硅片進行硼擴散處理，擴散時間10?25小時，溫度1250°C，擴散后形成P+N—N+的芯片結構。硼擴散后將芯片進行噴砂處理去除芯片硼面的硼硅玻璃。將芯片進行鉑擴散處理，擴散溫度850°C，時間90min。在擴散形成PN結的芯片通過電子束蒸發的方式在芯片表面制備鋁的金屬薄膜層，厚度13um。再通過吹砂切割將鍍有金屬薄膜層的單晶硅片吹砂成型成為梯形臺面的管芯。
[0048](2)腐蝕清洗管芯。采用硝酸、氫氟酸、硫酸、冰乙酸的混合酸對切割好的管芯進行腐蝕，硝酸、氫氟酸、硫酸和冰乙酸的質量百分濃度分別為:66 %、50 %、96 %、99.7%混合酸中硝酸、氫氟酸、硫酸和冰乙酸的體積配比為6:2:3:5:1，將配制好的腐蝕冷藏至2°C后對管芯腐蝕9min，腐蝕完成后的管芯用丙酮進行超聲波清洗一次，時間15min，在用酒精進行超聲波清洗一次，時間lOmin，然后脫水、烘干。通過上述混合酸的腐蝕清洗，能夠有效去除芯片臺面的機械損傷層和雜質離子。
[0049](3)燒焊組裝。以銅焊片作為焊料，通過高溫燒結方法將鉬或鎢電極與銅金屬引線或銅包鋼絲引線燒焊在一起形成整體的電極引線，高溫燒結的溫度為830°C;再將兩個電極引線與一個管芯配組裝入石墨模具中，石墨磨具上蓋板和下蓋板，配組時兩個電極引線的電極端面分別與管芯的P面和N面上的金屬薄膜緊密接觸，電極引線、管芯、電極引線依次豎直疊放，再將石墨模具放入真空燒結爐中，并在高溫下將電極引線和管芯進行熔焊鍵合，鋁金屬薄膜對應的熔焊鍵合溫度為630°C，提高熔焊鍵合的質量。管芯上的金屬薄膜是實現電極引線與管芯鍵合的焊料，石墨磨具的上蓋板主要是提高產品組件燒焊后的同心度。
[0050](4)臺面酸腐蝕腐蝕。將燒焊組裝好的裸二極管插入專用的腐蝕盤中，并采用純度為分析純的硝酸、氫氟酸、冰乙酸、硫酸混合酸對其進行腐蝕，配置混合酸時硝酸、氫氟酸、冰乙酸、硫酸體積比為1.5:1:1:2:1;腐蝕次數三次，每次30s;所用硝酸、氫氟酸、冰乙酸、硫酸的質量百分比濃度分別為:66%、50%、99.6%、87%，腐蝕完成后用大量去尚子水進行沖洗。上述混合酸的配比對芯片具有較好的腐蝕作用，使芯片臺面腐蝕光亮、同時又能盡量減少其對電極材料中銅引線及鉬電極的腐蝕。
[0051 ] (5)鈍化處理，將酸腐蝕清洗后額產品進行熱鈍化處理，其鈍化液配比為雙氧水、磷酸、去離子水按2:2:4,鈍化液溫度在420C，鈍化次數兩次，時間Imin，所用雙氧水、磷酸純度為分析純，質量百分比為50%、87%。熱鈍化的目的是在芯片表面濕法生長一層二氧化硅鈍化層，其中磷酸主要為緩沖溶液，提供酸根離子，雙氧水的作用是與硅反應生成二氧化硅，實現硅表面鈍化保護。同時由于鈍化液是酸性液體，產品在堿腐蝕后加入酸性液體進行鈍化也達到了一定的中和作用，使堿腐蝕后的產品組件更容易清洗干凈。
[0052](6)封裝成型。在腐蝕清洗后的管芯裝載在石墨條上，臺面上采用自動涂粉及均勻涂覆玻璃粉漿，形成均勻的球體，其中鈍化玻璃粉為特殊玻璃粉，顆粒度在900目，玻璃粉含鉛量在5%，涂粉后送入低溫成型爐中進行成型，成型時間2.3個小時，設備升溫速率12°C/min，升溫時間50min，最高燒結溫度630 °C，恒溫時間9min，將溫速率4 °C/min。產品經高溫成型后玻璃粉漿融凝實現的芯片臺面的鈍化兼封裝作用，芯片臺面區域的玻璃鈍化層厚度1.2mm。
[0053]實施例3:
[0054]一種高可靠抗輻照玻璃鈍化快恢復整流二極管制造方法，采用鎢作為電極引線，管芯采用鋁作為焊料，芯片采用深結擴散工藝，臺面造型為正斜角造型，該芯片結構降低表面電場，同時在進行玻璃鈍化封裝前，采用酸、堿腐蝕工藝及鈍化工藝對芯片臺面進行保護，然后采用特殊玻璃粉進行高溫鈍化封裝成型;其具體步驟為:
[0055](I)制備管芯。芯片采用N型單晶硅片，硅片電阻率根據實際電壓要求選取范圍為:4?95Ω.cm，能實現從200V?2500V的擊穿電壓范圍。硅片先進行磷擴散，磷擴散方式為攜帶源擴散一次，擴散時間4小時、擴散溫度1180°C ;涂源擴散2次、擴散時間18小時，溫度12800C ;攜帶源擴散一次，擴散時間4小時，溫度1180°C。形成N+N—N+的硅片。磷擴散后將硅片進行磨片處理，去除一面N+層，形成N+N—層，硅片厚度280um。磨片后將硅片進行硼擴散處理，擴散時間20小時，溫度1250°C，擴散后形成P+N—N+的芯片結構。硼擴散后將芯片進行噴砂處理去除芯片硼面的硼硅玻璃。將芯片進行鉑擴散處理，擴散溫度880°C，時間lOOmin。在擴散形成PN結的芯片通過電子束蒸發的方式在芯片表面制備鋁的金屬薄膜層，厚度14um。再通過吹砂切割將鍍有金屬薄膜層的單晶硅片吹砂成型成為梯形臺面的管芯。
[0056](2)腐蝕清洗管芯。采用硝酸、氫氟酸、硫酸、冰乙酸的混合酸對切割好的管芯進行腐蝕，硝酸、氫氟酸、硫酸和冰乙酸的質量百分濃度分別為:67 %、60 %、97 %、99.7%合酸中硝酸、氫氟酸、硫酸和冰乙酸的體積配比為6:2:3:5:1，將芯片倒入裝有腐蝕液的容器中進行芯片腐蝕清洗，腐蝕時間為13min，腐蝕完成后的管芯用丙酮進行超聲波清洗一次，時間18min，在用酒精進行超聲波清洗一次，時間12min，然后脫水、烘干。通過上述混合酸的腐蝕清洗，能夠有效去除芯片臺面的機械損傷層和雜質離子。
[0057](3)燒焊組裝。以銅焊片作為焊料，通過高溫燒結方法將鎢電極與銅金屬引線或銅包鋼絲引線燒焊在一起形成整體的電極引線，高溫燒結的溫度為900°C;再將兩個電極引線與一個管芯配組裝入石墨模具中，石墨磨具上蓋板和下蓋板，配組時兩個電極引線的電極端面分別與管芯的P面和N面上的金屬薄膜緊密接觸，電極引線、管芯、電極引線依次豎直疊放(對于單項瞬態電壓抑制二極管，裝模采用一顆管芯，對于雙向瞬態電壓抑制二極管，裝模采用兩顆管芯極性反向疊加)。再將石墨模具放入真空燒結爐中，并在高溫下將電極引線和管芯進行熔焊鍵合，鋁金屬薄膜對應的熔焊鍵合溫度為630 °C，提高熔焊鍵合的質量。管芯上的金屬薄膜是實現電極引線與管芯鍵合的焊料，石墨磨具的上蓋板主要是提高產品組件燒焊后的同心度。
[0058](4)臺面酸腐蝕腐蝕。將燒焊組裝好的裸二極管插入專用的腐蝕盤中，并采用純度為分析純的硝酸、氫氟酸、冰乙酸、硫酸對其進行腐蝕，硝酸、氫氟酸、硫酸和冰乙酸的體積配比為1.5:1:1:2:1，腐蝕兩次，每次30s;所用硝酸、氫氟酸、冰乙酸、硫酸和磷酸的質量百分比濃度分別為:67 %、60 %、99.7 %、97 %、87 %，腐蝕完成后用大量去離子水進行沖洗。上述混合酸的配比對芯片具有較好的腐蝕作用，使芯片臺面腐蝕光亮、同時又能盡量減少其對電極材料中銅引線及鎢電極的腐蝕。
[0059](5)鈍化處理，將堿腐蝕清洗后對產品進行熱鈍化處理，其鈍化液配比為雙氧水、磷酸、去離子水按2: 2:4，鈍化液溫度在43°C，鈍化次數兩次，每次時間lmin，所用雙氧水、磷酸純度為分析純，質量百分比為50%、90%。熱鈍化的目的是在芯片表面濕法生長一層二氧化硅鈍化層，其中磷酸主要為緩沖溶液，提供酸根離子，雙氧水的作用是與硅反應生成二氧化硅，實現硅表面鈍化保護。同時由于鈍化液是酸性液體，產品在堿腐蝕后加入酸性液體進行鈍化也達到了一定的中和作用，使堿腐蝕后的產品組件更容易清洗干凈。
[0060](6)封裝成型。在腐蝕清洗后的管芯裝載在石墨條上，臺面上采用自動涂粉及均勻涂覆玻璃粉漿，形成均勻的球體，其中鈍化玻璃粉為特殊玻璃粉，顆粒度在1000目以上，玻璃粉含鉛量在9%，涂粉后送入低溫成型爐中進行成型，成型時間2.5個小時，設備升溫速率130C/min,升溫時間63min，最高燒結溫度660°C，恒溫時間14min，將溫速率2°C/min。產品經高溫成型后玻璃粉漿融凝實現的芯片臺面的鈍化兼封裝作用，芯片臺面區域的玻璃鈍化層厚度I Amm0
[0061 ] 實施例4:
[0062]—種高可靠抗輻照玻璃鈍化快恢復整流二極管制造方法，采用鎢作為電極引線，管芯采用鋁作為焊料，芯片采用深結擴散工藝，臺面造型為正斜角造型，該芯片結構降低表面電場，同時在進行玻璃鈍化封裝前，采用酸、堿腐蝕工藝及鈍化工藝對芯片臺面進行保護，然后采用特殊玻璃粉進行高溫鈍化封裝成型;其具體步驟為:
[0063](I)制備管芯。芯片采用N型單晶硅片，硅片電阻率根據實際電壓要求選取范圍為:4?95Ω.cm，能實現從200V?2500V的擊穿電壓范圍。硅片先進行磷擴散，磷擴散方式為攜帶源擴散一次，擴散時間4小時、擴散溫度1180°C ;涂源擴散2次、擴散時間20小時，溫度12800C ;攜帶源擴散一次，擴散時間4小時，溫度1180°C。形成N+N—N+的硅片。磷擴散后將硅片進行磨片處理，去除一面N+層，形成N+N—層，硅片厚度300um。磨片后將硅片進行硼擴散處理，擴散時間25小時，溫度1250°C，擴散后形成P+N—N+的芯片結構。硼擴散后將芯片進行噴砂處理去除芯片硼面的硼硅玻璃。將芯片進行鉑擴散處理，擴散溫度900°C，時間120min。在擴散形成PN結的芯片通過電子束蒸發的方式在芯片表面制備鋁的金屬薄膜層，厚度16um。再通過吹砂切割將鍍有金屬薄膜層的單晶硅片吹砂成型成為梯形臺面的管芯。
[0064](2)腐蝕清洗管芯。采用硝酸、氫氟酸、硫酸、冰乙酸的混合酸對切割好的管芯進行腐蝕，硝酸、氫氟酸、硫酸和冰乙酸的質量百分濃度分別為:68 %、65 %、98 %、99.8%合酸中硝酸、氫氟酸、硫酸和冰乙酸的體積配比為6:2:3:5:1，將配制好的腐蝕冷藏至5°C，將芯片倒入裝有腐蝕液的容器中進行芯片腐蝕清洗，腐蝕時間為15min，腐蝕完成后的管芯用丙酮進行超聲波清洗一次，時間20min，在用酒精進行超聲波清洗一次，時間12min，然后脫水、烘干。通過上述混合酸的腐蝕清洗，能夠有效去除芯片臺面的機械損傷層和雜質離子。
[0065](3)燒焊組裝。以銅焊片作為焊料，通過高溫燒結方法將鎢電極與銅金屬引線或銅包鋼絲引線燒焊在一起形成整體的電極引線，高溫燒結的溫度為980°C;再將兩個電極引線與一個管芯配組裝入石墨模具中，石墨磨具上蓋板和下蓋板，配組時兩個電極引線的電極端面分別與管芯的P面和N面上的金屬薄膜緊密接觸，電極引線、管芯、電極引線依次豎直疊放(對于單項瞬態電壓抑制二極管，裝模采用一顆管芯，對于雙向瞬態電壓抑制二極管，裝模采用兩顆管芯極性反向疊加)。再將石墨模具放入真空燒結爐中，并在高溫下將電極引線和管芯進行熔焊鍵合，鋁金屬薄膜對應的熔焊鍵合溫度為650 °C，提高熔焊鍵合的質量。管芯上的金屬薄膜是實現電極引線與管芯鍵合的焊料，石墨磨具的上蓋板主要是提高產品組件燒焊后的同心度。
[0066](4)臺面酸腐蝕腐蝕。將燒焊組裝好的裸二極管插入專用的腐蝕盤中，并采用純度為分析純的硝酸、氫氟酸、冰乙酸、硫酸對其進行腐蝕，硝酸、氫氟酸、硫酸和冰乙酸的體積配比為1.5:1:1:2:1，腐蝕兩次，每次30s;所用硝酸、氫氟酸、冰乙酸、硫酸和磷酸的質量百分比濃度分別為:68 %、65 %、99.8%、98%、90%，腐蝕完成后用大量去離子水進行沖洗。上述混合酸的配比對芯片具有較好的腐蝕作用，使芯片臺面腐蝕光亮、同時又能盡量減少其對電極材料中銅引線及鎢電極的腐蝕。
[0067](5)鈍化處理，將堿腐蝕清洗后對產品進行熱鈍化處理，其鈍化液配比為雙氧水、磷酸、去離子水按2:2:4,鈍化液溫度在450C，鈍化次數兩次，每次時間Imin，所用雙氧水、磷酸純度為分析純，質量百分比為50%、90%。熱鈍化的目的是在芯片表面濕法生長一層二氧化硅鈍化層，其中磷酸主要為緩沖溶液，提供酸根離子，雙氧水的作用是與硅反應生成二氧化硅，實現硅表面鈍化保護。同時由于鈍化液是酸性液體，產品在堿腐蝕后加入酸性液體進行鈍化也達到了一定的中和作用，使堿腐蝕后的產品組件更容易清洗干凈。
[0068](6)封裝成型。在腐蝕清洗后的管芯裝載在石墨條上，臺面上采用自動涂粉及均勻涂覆玻璃粉漿，形成均勻的球體，其中鈍化玻璃粉為特殊玻璃粉，顆粒度在1200目以上，玻璃粉含鉛量在10%，涂粉后送入低溫成型爐中進行成型，成型時間3個小時，設備升溫速率150C/min,升溫時間65min，最高燒結溫度660°C，恒溫時間15min，將溫速率1°C/min。產品經高溫成型后玻璃粉漿融凝實現的芯片臺面的鈍化兼封裝作用，芯片臺面區域的玻璃鈍化層厚度1.5mmο
【主權項】
1.一種高可靠抗輻照玻璃鈍化快恢復整流二極管制造方法，其工藝步驟為: a)采用4?95Ω.cm的N型單晶硅片先進行磷擴散，磷擴散方式為攜帶源擴散一次，擴散時間4小時、擴散溫度1180 °C ;涂源擴散I?2次、擴散時間1?20小時，溫度1280 °C ;攜帶源擴散一次，擴散時間4小時，溫度1180°C。形成N+N—N+的硅片。磷擴散后將硅片進行磨片處理，去除一面N+層，形成N+N—層，硅片厚度200?300um。磨片后將硅片進行硼擴散處理，擴散時間10?25小時，溫度1250°C，擴散后形成P+N—N+的芯片結構。硼擴散后將芯片進行噴砂處理去除芯片硼面的硼硅玻璃，將芯片進行鉑擴散處理，擴散溫度800?900°C，時間80?120min； b)再通過電子束蒸發在PN結的P面和N面制備鋁的金屬薄膜層，通過吹砂切割將鍍有金屬薄膜層的單晶硅片吹砂成型成截面為梯形臺面的管芯； c)采用清洗劑對切割好的管芯進行腐蝕清洗10?15min，腐蝕完成后的管芯用丙酮進行超聲波清洗10?20min，再用酒精進行超聲波清洗8?15min，然后脫水、烘干； d)通過高溫燒結將電極與金屬引線燒焊成一個整體的電極引線，再電極引線、管芯、電極引線依次豎直疊放到石墨模具中，再將石墨模具放入真空燒結爐中將電極引線和管芯進txfe焊鍵和。 e)將燒焊后的二極管插入腐蝕盤中使用酸腐蝕液對其進行腐蝕兩次每次30s，腐蝕完成后使用離子水清洗； f)酸腐蝕后的二極管放入溫度為40?450C的鈍化液中鈍化I?2min; g)將鈍化后的二極管裝載在石墨條上，臺面上采用自動涂粉及均勻涂覆顆粒度在800目以上的玻璃粉漿，形成均勻的球體，涂粉后送入低溫成型爐中進行成型2?3h。2.如權利要求1所述的一種高可靠抗輻照玻璃鈍化快恢復整流二極管制造方法，其特征在于:所述清洗劑按質量百分比是65 %?68 %的硝酸、多40 %的氫氟酸、95 %?98 %的硫酸、彡99.5%的冰乙酸按體積比6:2:3:5: I混合的混合溶液。3.如權利要求1所述的一種高可靠抗輻照玻璃鈍化快恢復整流二極管制造方法，其特征在于:所述高溫燒結的焊料為銅焊片，其高溫燒結溫度為800?900°C。4.如權利要求1所述的一種高可靠抗輻照玻璃鈍化快恢復整流二極管制造方法，其特征在于:所述管芯上的金屬薄膜為管芯鍵和的焊料，金屬薄膜厚度為10?16um，其熔焊鍵和的溫度為620?650 °C。5.如權利要求1所述的一種高可靠抗輻照玻璃鈍化快恢復整流二極管制造方法，其特征在于:所述酸腐蝕液按質量百分比是分析純的65 %?68 %的硝酸、多40 %的氫氟酸、95 %?98 %的硫酸、彡85 %的冰乙酸按體積比1.5:1:1:2:1的混合溶液。6.如權利要求1所述的一種高可靠抗輻照玻璃鈍化快恢復整流二極管制造方法，其特征在于:所述鈍化液按質量百分比是多30%的雙氧水、多85 %的雙氧水和離子水按2:2:4混合的混合液。7.如權利要求1所述的一種高可靠抗輻照玻璃鈍化快恢復整流二極管制造方法，其特征在于:所述玻璃粉中含有6%?10%的鉛，其膨脹系數與鉬、鎢電極相近。8.如權利要求1所述的一種高可靠抗輻照玻璃鈍化快恢復整流二極管制造方法，其特征在于:所述低溫成型爐升溫速率10?15"€/111；[11，升溫時間45?651]1；[11，最高燒結溫度6300C，恒溫時間5?15min，降溫速率彡5 V/min。
【文檔編號】H01L21/329GK105977309SQ201610584260
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年7月23日
【發明人】古進, 楊俊 , 肖漢斌, 遲鴻燕, 吳王進, 蔡美晨
【申請人】中國振華集團永光電子有限公司（國營第八七三廠）