专利名称：镀涂环保材料的双铜质电极整流管芯片的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种镀涂环保材料的双铜质电极整流管芯片的エ艺结构设计，属半导体制造技术。
背景技术：
整流管芯片是电子元器件的基础单元产品，广泛应用于变流、冶金、汽车、发电、自动化控制及家用电器等领域，市场需求量很大。有行业调查资料表明，额定电流为3 100A的整流管芯片，目前我国年产销量约十亿只。随着经济的发展和自动化的普及，市场需求量还在以每年约10%的速度在递增。自上世纪九十年代以来，生产整流管芯片的エ艺技术经多次改进提高，已基本趋于成熟。然而，进一歩提高产品的质量，降低产品的生产成本，减小单位产品的资源、能源消 耗和环境污染，仍是恒定不变的科技主題。现在市场上有双电极的整流管芯片的エ艺结构，主要有ニ种形式，均有其优点和不足，分析如下1，传统的铅面エ艺结构(约占国内市场份额的65% )。其结构特点是中间部份采用具有整流特性的硅片，ニ边采用铅锡包裹的铁质金属或可伐合金电极，利用钎焊层将硅片和电极焊接在一起，其边缘部分采用绝缘胶保护。该结构的优点是エ艺成本较低。缺点是由于铁质金属或可伐合金的导电和导热性能很差，影响了产品的导电和导热特性；更由于其必须用铅锡包裹，铅锡的配方比是95 5，大量的重金属铅裸露在产品表面，对环境带来重大的污染隐患。2004年，欧盟就对含有六种环境污染物质的电子产品进行了封关，六种污染物中，重金属铅名列第三，这也是我国至今整流管芯片难以出口的主要原因。近年来，由于多次严重的环境污染血铅事故，我国对涉铅产品和涉铅行业，加大了整治力度，这种エ艺结构的产品当属于关停范畴。2，镀银双铜质电极エ艺结构(约占国内市场份额的35%)。其结构特点是中间部份采用具有整流特性的硅片，ニ边采用双面镀银的双铜质电极，利用钎焊层将硅片和电极焊接在一起，其边缘部分采用绝缘胶保护。该结构的优点是产品导电导热性能优良。缺点是由于使用了贵金属银为铜质电极的镀涂层，导致エ艺成本很高，同等额定电流规格的产品生产成本比传统エ艺产品高出40% ;若量以亿计的产品全部使用金属银，将极大浪费稀有资源，不利于人类持续发展；镀涂银层时，较多使用氰化物，属剧毒，治理困难，对环境有严重污染。该エ艺结构自上世纪末从台湾传入大陆后，至今没有质的改迸。由于成本原因，在大陆占的市场份额较少，但由于产成品本身符合环保要求，在欧美市场成为了首选
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)PR ο综上述，以上ニ种产品エ艺结构都有其严重缺陷，如何取二者之长，补双方之短，研发出ー种符合中国国情的产品エ艺和结构，是该行业多年的期盼。
发明内容[0008]为了解决整流管芯片产品关于品质、成本、资源消耗、环境保护等诸多矛盾，本发明提出了使用镀涂环保材料的双铜质电极整流管芯片的エ艺结构，可使上述矛盾得到很好的统ー协调。这种エ艺结构既具备传统铅面エ艺结构产品的低生产成本，又兼有镀银双铜质电极产品的优良电热性能，且在产品生产中无环境污染，不耗用贵重金属，可誉为近二十年来国内外整流管芯片产品生产中的一次重大技术创新。产品的实体结构參照说明书附图
，由具有整流特性的硅片(I)、ニ层钎焊层(2)、上铜质电极(3)、下铜质电极(4)、ニ层镀涂环保材料层(5)、绝缘保护胶(6)构成。上铜质电极(3)连接ー层钎焊层(2)、硅片(I)、又ー层钎焊层(2)、下铜质电极(4)形成准产品，准产品的周边涂敷有绝缘保护胶出)，上铜质电极(3)和下铜电极(4)的外表面有ニ层镀涂环保材料层(5)。整流芯片的硅片(I)结构特征为，基区电阻率5 50欧姆厘米，厚度180 310微米，硅片内部具有ー个扩散エ艺形成的PN结，其P型和N型的接近表面20微米部分，分别用扩散エ艺形成高浓度的P+和N+型杂质，以利减低通态压降，硅片的表面，镀涂有金属 镍层，以有利与钎焊层形成良好的欧姆接触。以上所述硅片基区电阻率选择5 50欧姆厘米的依椐是，根据美国通用电器公司关于整流管芯片耐压与硅片电阻率的关系式耐压=94x电阻率(O. 75次方)，电阻率为5 50欧姆厘米的硅片可制造出300 1800伏反向耐压的整流芯片，可以满足目前国内外整流管芯片95%的市场。以上所述硅片厚度选择180 310微米的依椐是，根椐整流管芯片中耗尽层宽度与电阻率的关系式耗尽层宽度=4. 95x电阻率(O. 875次方)，电阻率为5 50欧姆厘米的硅片，其对应耗尽层宽度为20 150微米，加上P和N型扩散层总厚度160微米，故硅片总厚度选为180 310微米。以上所述硅片，其外边缘形状是圆形、正六边形或正方形。生产中选取何种形状，主要取决于产品的耐压要求，其中，圆形结构的耐压优于正六角形，而正六角形结构的耐压又优于正方形。各种形状硅片的平面几何线度尺寸，在生产中必须根据产品的额定正向电流来确定。产品的钎焊层(2)有ニ层，形状为圆片形，ニ层的直径分别与上铜质电极(3)和下铜质电极(4)的直径相同。钎焊层的作用，是连接硅片和ニ铜质电极，接通电流和导出热量。应考虑选用沾润能力好、塑性形变大的金属或合金，本发明中可以用铅锡合金片，也可以用铝片或硅铝片。钎焊层的厚度的选用，是即要考虑到钎焊沾润饱满的需要，又要防止钎焊剂余量滴落而发生的ニ电极短路意外。产品使用的上铜质电极(3)、下铜质电极(4)，其形状为圆片形，有上电极和下电极各一片，上铜质电极(3)直径比下铜质电极(4)直径略小。这样的直径设计，有利于灌注绝缘保护胶和用户辩认电极性。如前述，各种额定电流不同的产品有不同的直径系列，对于圆娃片，上电极直径略大于圆娃片直径；对于正六角或正方形娃片，上电极直径略大于娃片的对角线长。本发明中，ニ电极的直径范围为4. 5-9. 5毫米。电极材料为无氧铜，因其有很好的导电导热性能，且抗蚀能力强。双电极选用上电极比下电极略厚，ニ电极的厚度范围为O. 5-1晕米。本发明的核心技术之一，是产品结构的改进发明。在产品的外表面镀涂环保材料。镀涂材料的选取原则是(I)不能含有铅、铬、汞等重金属。(2)不能含有致癌类有机物和放射性元素。(3)有易焊性和抗氧化性。(4)价格低廉。(5)不是稀有的、贵重的、资源近枯竭的物质。本发明所述镀涂环保材料层(5)，选用的是锡金属层，镍金属层，或是钛镍银合金层。所述材料各有其特点，分别如表I : 表I
权利要求1.ー种镀涂环保材料的双铜质电极整流管芯片，其特征在于所述芯片由具有整流特性的硅片(I)、ニ层钎焊层(2)、上铜质电极(3)、下铜质电极(4)、ニ层镀涂环保材料层(5)、绝缘保护胶(6)构成；上铜质电极(3)连接ー层钎焊层(2)、硅片(I)、又ー层钎焊层(2)、下铜质电极(4)形成准产品，准产品的周边涂敷有绝缘保护胶出)，上铜质电极(3)和下铜电极(4)的外表面有ニ层镀涂环保材料层(5)。
2.根据权利要求I所述的整流管芯片，其特征在干所述硅片(1)，厚度为180-310微米，其外边缘形状是圆形、正六边形或正方形。
3.根据权利要求I所述的整流管芯片，其特征在干所述ニ层钎焊层(2)，形状为圆片形，ニ层的直径分别与上铜质电极(3)和下铜质电极(4)的直径相同。
4.根据权利要求I所述的整流管芯片，其特征在于所述上铜质电极(3)、下铜质电极 (4)，其形状为圆片形，上铜质电极(3)直径比下铜质电极(4)直径略小，ニ铜质电极的直径范围为4. 5-9. 5毫米，电极材料为无氧铜,厚度为0. 5-1毫米。
5.根据权利要求I所述的整流管芯片，其特征在干所述ニ层镀涂环保材料层(5)，是锡金属层、镍金属层或钛镍银合金层，厚度为3-8微米。
专利摘要本实用新型涉及一种使用镀涂环保材料的双铜质电极整流管芯片的工艺结构，可使整流管芯片产品关于品质、成本、资源消耗、环境保护等诸多矛盾得到很好的统一协调。这种工艺结构既具备传统铅面工艺结构产品的低生产成本，又兼有镀银双铜质电极产品的优良电热性能，且在产品生产中无环境污染，不耗用贵重金属，可誉为近二十年来国内外整流管芯片产品生产中的一次重大技术创新。产品的实体结构由具有整流特性的硅片(1)、二层钎焊层(2)、上铜质电极(3)、下铜质电极(4)、二层镀涂环保材料层(5)、绝缘保护胶(6)构成。
文档编号H01L29/861GK202651121SQ20122015368
公开日2013年1月2日 申请日期2012年4月5日 优先权日2012年4月5日
发明者胡建业, 程德明, 郑沛然, 胡志坚, 胡翰林 申请人:黄山硅鼎电子有限公司