专利名称：16000a/200～400v电焊机专用雪崩整流二极管及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种功率半导体器件，特别涉及一种16000A/200 400V电焊机专用雪崩整流二极管及其制造方法。
背景技术：
目前，焊机用整流二极管主要国外生产的硅片直径①63mm/13500A/200 400V整流二极管以及国内生产的硅片直径①48mm/7000A/200 400 V整流二极管。他们的制造方法为采用N型(lll)径向低阻单晶，先进行双面扩散，然后磨去一面，再进行一次单面扩散。随硅片直径的增大变形越来越严重，不仅硅片直径大不了，而且厚度更不能薄，63mm、直径O. 21mm厚度、13500A容量已属很不容易，如再通过减薄片厚、增加直径来提升电流容量，将造成成品率低下。
由于焊机用电源瞬间电流几万 几十万安培，甚至更大，焊机中的整流器件采用多只(如六只或八只)整流二极管并联，使用成本高，每只管电流分布不均，易造成管子损坏，采用均流措施又使成本增加。
发明内容
本发明的目的是要解决现有单只电焊机专用整流二极管容量小、器件使用中需要并联均流的矛盾，在原有13500A/200 400V焊机专用整流二极管的基础上，提供一种电流扩展能力更强、容量更大、质量更好、可靠性更高，使用成本更低的16000A/200 400V电焊机专用雪崩整流二极管及其制造方法。
本发明的技术解决方案是
该16000A/200 400 V电焊机专用雪崩整流二极管是由管壳、芯片构成，所述的芯片包括基区N、扩磷区N+和扩硼区P+以及阴、阳极欧姆接触，其特殊之处是所述的芯片采用N型(IOO)径向低阻单晶硅片，所述的单晶硅片电阻率Pn为5 10Q-cm、直径为70mm、厚度0.17 0.19mm，且管子厚度为5 6mm，扩磷区N+和扩硼区P+为双面一次扩散形成，阴、阳极欧姆接触为钛-镍-金或钛-镍-银。
该电焊机专用雪崩整流二极管的制造方法为
采用电阻率Pn为5 10Q-cm、直径为70mm、厚度O. 17 0. 19mm的N型(100)径向低阻单晶硅片；
硅片扩散，在125(TC下进行双面一次扩散；扩散片检测，P区表面浓度O. 04 0. 06mV/mA，结深XjP为78 82) y m; N区表面浓度 0. 06 0. 08mV/mA，结深XjN为58 62 y m;基区残余少子寿命t p为9 13 y S;
扩散片经喷砂、清洗、脱水烘干后进行电子束多层金属化蒸发，实现阴、阳极钛-镍-金 欧姆接触；台面喷砂造型，经腐蚀、清洗、聚酰亚胺钝化保护后，中间测试；
将中间测试合格芯片，装入管壳内，进行充氮气下冷压接封装，封装后管子厚度5 6mm。
上述的16000A/200 400 V电焊机专用雪崩整流二极管的制造方法，在硅片扩散时先将 硅片清洗后摆放在硅舟上，在相邻的单晶硅片之间交替放置N+、 P+纸源片，在硅舟两端放置 硅衬垫，经硅舟一端置放的弹簧将单晶硅片和纸源片压紧后推入扩散炉中；当硅舟温度至 390-41(TC时，纸源片燃烧并使硅片被压得更紧，将硅舟从扩散炉中拉到炉口，小心取下弹 簧，将硅舟再次推入扩散炉中恒温区在125(TC下进行高温扩散。
上述的电焊机专用雪崩整流二极管的制造方法，所述的钛:镍:金或钛:镍:银厚度分别为 0. 2 y m:O. 5 y m:O. 1 y m。
上述的电焊机专用雪崩整流二极管的制造方法，阴极台面喷砂造型角度为45 55。，以 满足雪崩特性要求。
本发明的优点是
1、 由于采用N型(100)径向低阻单晶硅片，提高电流扩展能力30%;
2、 采用直径①70mm、厚度O. 18±0. Olmm单晶硅片，通过双面一次同时扩散以及置于硅 舟一端弹簧经硅垫的压紧措施，保证了扩散后硅片不变形，从而提升了大电流容量、降低了 功耗。
3、 通过降低成品管厚度至5.5士0.5mm，提高瞬间散热能力，满足焊机要求。
4、 通过优化的N-PT(非穿通)雪崩结构，且无上下热补偿片栴馄 约把细竦难「啦馐 蕴跫 繁F骷唤鲇薪细叩恼蚶擞康缌？IFSM》1X10、/10 ms)能力，且有很高的反向浪 涌电流(IRSMS 1X104 A/2ms)能力。
5、 阴、阳极钛-镍-金欧姆接触，且各层厚度科学优化，确保器件长时间工作的可靠性。
图l是本发明的内部结构图2是本发明的装配结构总装图3是本发明的扩散片摆放结构示意图4本发明的石英舟结构示意图。
具体实施方式
实施例l
如图所示，该电焊机专用雪崩整流二极管是由管壳、芯片1构成，所述的芯片l包括基区N，扩磷区N+和扩硼区P+以及阴、阳极钛-镍-金(或钛-镍-银)欧姆接触2、 3，蒸镀层钛:镍:金(或钛镍银)厚度分别为0. 2 y m:O. 5 y m:O. 1 y m，管子厚度5. 5±0. 5mm。芯片l采用N型(100)径向低阻单晶硅片，电阻率pn为5 10Q-cm、直径为①70mm、厚度O. 18±0. Olmm，扩磷区N+和扩硼区P+为双面一次扩散形成。
该电焊机专用雪崩整流二极管的制造方法为采用N型(100)径向低阻单晶硅片101，所述的单晶硅片101直径为70mm，厚度O. 18±0. Olmm，电阻率p n为5 10 Q-cm。清洗后，摆放在硅舟4上，在相邻的单晶硅片l之间交替放置N+、 P+纸源片5，在硅舟4两端放置硅衬垫6，通过置于硅舟4一端的弹簧7将单晶硅片1和纸源片5压紧后推入扩散炉中；当硅舟4温度至390 41(TC时，纸源片5燃烧并在弹簧7的作用使硅片101被压得更紧，将硅舟4从扩散炉拉到炉口，取下弹簧7，(此时硅舟4内的硅片101连同两端的硅衬垫6被更紧的压接在一起)，将硅舟4再次推入扩散炉中恒温区在125(TC下进行双面一次扩散。
扩散片检测P+区表面浓度0. 04 0. 06mV/mA，结深XjP为78 82 y m; N+区表面浓度0. 06 0. 08mV/mA，结深XjN为58 62 y m;基区残余少子寿命t p为9 13 y S。
扩散片经喷砂、清洗、脱水烘干后进行电子束多层金属化蒸发，实现阴、阳极钛-镍-金(或钛-镍-银)欧姆接触，蒸镀层钛:镍:金(或钛:镍:银)厚度分别为0.2ym:0.5ym:O.1y m。
阴极台面喷砂造型角度45 55G，经腐蚀、清洗、聚酰亚胺钝化保护后，进行中间测试(包括反向耐压、高温漏电、通态峰值电压、门槛电压、斜率电阻以及浪涌电流电压)；将中间测试合格芯片1，装在芯片定位环9中，然后放置在下壳体内并盖上阳极盖8，所述的下壳体是由铜压块10和陶瓷环11烧接为一体，进行充氮气下冷压接封装；封装后管子厚度5. 5±0. 5mm。
封装后的管子，经过高温断态、16000安培通态等常规测试和雪崩条件测试。测试合格后，匹配、分组、包装入库。实施例2
如图所示，该电焊机专用雪崩整流二极管是由管壳、芯片1构成，所述的芯片l包括基区N，扩磷区N+和扩硼区P+以及阴、阳极钛-镍-金(或钛-镍-银)欧姆接触2、 3，钛:镍:金(或钛镍银)厚度分别为0. 2 y m:O. 5 y m:O. 1 y m，管子厚度5. 5±0. 5mm。芯片1采用N型(IOO)径向低阻单晶硅片，电阻率pn为5 10Q-cm，直径为70mm、厚度O. 18±0. Olmm，扩磷区N+和扩硼区P+为双面一次扩散形成。
该电焊机专用雪崩整流二极管的制造方法为采用N型(100)径向低阻单晶硅片101，所述的单晶硅片101直径为70mm，厚度O. 18±0. Olmm，电阻率p n为5 10 Q-cm。清洗后，摆放在硅舟4上，在相邻的单晶硅片l之间交替放置N+、 P+纸源片5，在硅舟4两端放置硅衬垫6，通过置于硅舟4一端的弹簧7将单晶硅片101和纸源片5压紧后推入扩散炉中；当硅舟4温度至390 41(TC时，纸源片5燃烧并在弹簧7的作用使硅片101被压得更紧，将硅舟4从扩散炉拉到炉口，取下弹簧7，(此时硅舟4内的硅片101连同两端的硅衬垫6被更紧的压接在一起)，将硅舟4再次推入扩散炉中恒温区在125(TC下进行双面一次扩散。
扩散片检测P+区表面浓度0. 04 0. 06mV/mA，结深XjP为78 82 y m; N+区表面浓度0. 06 0. 08mV/mA，结深XjN为58 62 y m;基区残余少子寿命t p为9 13 y S。
扩散片经喷砂、清洗、脱水烘干后进行电子束多层金属化蒸发，蒸镀层钛:镍:金(或钛镍银)厚度为0. 2y m:O. 5y m:O. 1 y m。
阴极台面喷砂造型角度e为45 5511，经腐蚀、清洗、聚酰亚胺钝化保护后，进行中间测试(包括断态、通态测试)；将中间测试合格芯片1，装在芯片定位环9中然后放置在下壳体内并盖上阳极盖8，所述的下壳体是由铜压块10和陶瓷环11烧接为一体，进行充氮气下冷压接封装；封装后管子厚度5.5士0.5mm。
封装后的管子，经过断态和通态测试(包括反向耐压、高温漏电、通态峰值电压、门槛电压、斜率电阻以及浪涌电流电压测试)以及雪崩条件测试。测试合格后，匹配、分组、包装入库。
实施例3
如图所示，该电焊机专用雪崩整流二极管是由管壳、芯片1构成，所述的芯片l包括基区N，扩磷区N+和扩硼区P+以及阴、阳极钛-镍-金(或钛-镍-银)欧姆接触2、 3，钛:镍:金(或钛镍银)厚度分别为0.2ym:0.5ym:0. lym，管子厚度5. 5±0. 5mmmm。芯片1采用为N型(100)径向低阻单晶硅片，电阻率pn为5 10Q-cm，直径为①70mm、厚度O. 18±0. Olmm。扩磷区N+和扩硼区P+为双面一次扩散形成。
该电焊机专用雪崩整流二极管的制造方法为采用N型(100)径向低阻单晶硅片101，所述的单晶硅片101直径为70mm，厚度O. 18±0. Olmm，电阻率p n为5 10 Q-cm。清洗后，摆放在硅舟4上，在相邻的单晶硅片101之间交替放置N+、 P+纸源5，在硅舟4两端放置硅衬垫6，通过置于硅舟4一端的弹簧7将单晶硅片101和纸源5压紧后推入扩散炉中；当硅舟4温度至390 41(TC时，纸源片5燃烧并在弹簧7的作用使硅片101被压得更紧，将硅舟4从扩散炉拉到炉口，取下弹簧7，(此时硅舟4内的硅片101连同两端的硅衬垫6被更紧紧的压接在一起)， 将硅舟4再次推入扩散炉中恒温区在125(TC下进行双面一次扩散。
扩散片检测P+区表面浓度0. 04 0. 06mV/mA，结深XjP为78 82 y m; N+区表面浓度0. 06 0. 08mV/mA，结深XjN为58 62 y m;基区残余少子寿命t p为9 13 y S.
扩散片经喷砂、清洗、脱水烘干后进行电子束多层金属化蒸发，实现阴、阳极钛-镍-金 (或钛-镍-银)欧姆接触，蒸镀层钛:镍:金(或钛:镍:银)厚度分别为0. 2 y m:O. 5 y m:O. 1 y m。
阴极台面喷砂造型角度45 55G，经腐蚀、清洗、聚酰亚胺钝化保护后，进行中间测试( 包括反向耐压、高温漏电、通态峰值电压、门槛电压、斜率电阻以及浪涌电流电压)；将中 间测试合格芯片l，装在芯片定位环9中然后放置在下壳体内并盖上阳极盖8，所述的下壳体是 由铜压块10和陶瓷环11焊接为一体，进行充氮气下冷压接封装；封装后管子厚度5. 5±0. 5mm
封装后的管子，经过常规测试和雪崩条件测试。测试合格后，匹配、分组、包装入库。
权利要求
1.一种16000A/200～400V电焊机专用雪崩整流二极管，由管壳、芯片构成，所述的芯片包括基区N、扩磷区N+和扩硼区P+以及阴、阳极欧姆接触，其特征是所述的芯片采用N型(100)径向低阻单晶硅片，所述的单晶硅片电阻率ρn为5～10Ω-cm、直径为70mm、厚度0.17～0.19mm，且管子厚度为5～mm，扩磷区N+和扩硼区P+为双面一次扩散形成，阴、阳极欧姆接触为钛-镍-金或钛-镍-银。
2 一种电焊机专用雪崩整流二极管的制造方法，其特征是采用电阻率Pn为5 10Q-cm、直径为70mm、厚度O. 17 0. 19mm的N型(100)径向低阻单晶硅片；硅片扩散，在125(TC下进行双面一次扩散；扩散片检测，P+区表面浓度0. 04 0. 06mV/mA，结深XjP为78 82) y m; N+区表面浓度0. 06 0. 08mV/mA，结深XjN为58 62 y m，基区残余少子寿命t p为9 13 y S;扩散片经喷砂、清洗、脱水烘干后进行电子束多层金属化蒸发，实现阴、阳极钛-镍-金欧姆接触；台面喷砂造型，经腐蚀、清洗、聚酰亚胺钝化保护后，中间测试；将中间测试合格芯片，装入管壳内，进行充氮气下冷压接封装，封装后管子厚度5 6mm
3 根据权利要求2所述的16000A/200 400 V电焊机专用雪崩整流二极管的制造方法，其特征是在硅片扩散时先将硅片清洗后摆放在硅舟上，在相邻的单晶硅片之间交替放置N+、 P+纸源片，在硅舟两端放置硅衬垫，经硅舟一端置放的弹簧将单晶硅片和纸源片压紧后推入扩散炉中；当硅舟温度至390-41(TC时，纸源片燃烧并使硅片被压得更紧，将硅舟从扩散炉中拉到炉口，小心取下弹簧，将硅舟再次推入扩散炉中恒温区在125(TC下进行高温扩散。
4 根据权利要求2所述的电焊机专用雪崩整流二极管的制造方法，其特征是所述的钛镍金或钛镍银厚度分别为0. 2 u m: 0. 5 u m: 0. 1 u m。
5 根据权利要求2所述的电焊机专用雪崩整流二极管的制造方法，其特征是阴极台面喷砂造型角度为45 55。。
全文摘要
一种16000A/200～400V电焊机专用雪崩整流二极管及其制造方法，解决了单只电焊机专用整流二极管容量小、器件使用中需要并联均流的矛盾。采用电阻率ρn为5～10Ω-cm、直径为70mm、厚度0.17～0.19mm的N型(100)径向单晶硅片；在1250℃下进行双面一次扩散；扩散区表面浓区表面浓度0.06～nA，结深X<sub>jP</sub>为58～62μm，基区残余少子寿命τp为9～13μS；阴、阳极钛-镍-金欧姆接触；阴极台面喷砂造型、腐蚀、清洗、钝化保护，中间测试；装壳，管子厚度5～6mm，氮气保护下冷压焊封装，封装后管子厚度5～6mm。其电流扩展能力更强、容量更大、质量更好、可靠性更高，使用成本更低。
文档编号H01L21/02GK101582455SQ20091030395
公开日2009年11月18日 申请日期2009年7月2日 优先权日2009年7月2日
发明者夏吉夫, 峰 潘, 潘福泉, 郭永亮 申请人:锦州市双合电器有限公司