本发明属于高压硅堆领域，尤其涉及一种低功耗快速开关塑封高压硅堆的制造方法以及由此制得的高压硅堆。
背景技术：
随着电力电子技术的发展，高压高频大功率器件的应用技术广泛升级，相应对低功耗快速开关高压硅堆的要求越来越高。如高清晰度彩电及显示器的塑封硅堆产品正朝着高速(超快恢复)、高可靠性、小型化方向发展，开关特性对显示器件的快速扫描质量有决定性的影响，而低功耗对节能减排有特殊意义。
然而，硅堆的反向电压、正向电压和开关速度是相互矛盾相互制约的。如果硅堆反向耐压越大，开关时间越小，其正向电压就越大，功耗越大；反之，正向电压减小，硅堆反向耐压也相应降低，开关时间会变长，目前的硅堆技术，三者不能兼顾，无法满足高频高压低功耗的要求。
常规的硅堆焊接，没有人对于焊片与晶粒之间的尺寸比例关系进行详细和认真的研究，因此一直没能对于晶粒焊接的对正问题作出贡献。
并且，一般的晶粒生产，容易导致晶粒的极性反转，极性不一致，因此在焊接之前需要将晶粒的极性进行挑选和验证，这给后续正确的焊接带来极大的麻烦。
行业内普遍采用硅堆焊接的温度为大于350℃的，在小于350℃的时，会出现焊接不良的情况，当温度达到350℃～380℃才能实现良好的焊接，但高温导致焊接出的硅堆焊接气孔大，气孔面积一般在8～20％，良品率低(小于90％)，而且浪费能源。
酸洗是对焊接后的二极管，在上白胶之前进行的一个关键步骤和工艺，用酸洗掉晶粒切割时造成的pn结切割面毛糙，避免酸洗可能导致的表面腐蚀坑，简单有效去除铜、铅等不易冲洗物质，可以提高电性良率，提升酸洗工艺品质。
许多的二极管经常在60℃以上的环境中工作，芯片的结温常常会达到125℃以上，因此，提高产品的高温反偏能力是非常有意义的。用传统工艺生产，它们的高温反偏合格率只能达到60％左右，为使产品更加有竞争优势，产品的质量和高温环境下的可靠性得以提高，提高产品的高温反偏筛选合格率的工艺技术一直没有突破。
当前混酸的常规配方，出现部分产品酸洗后表面毛糙，而且会造成相当比例的表面腐蚀坑。
技术实现要素：
鉴于已有技术存在的缺陷，本发明提供了一种低功耗快速开关塑封高压硅堆的制造方法及高压硅堆，由本发明制作方法生产的高压硅堆反向耐压高，而正向电压小，同时能实现快速开关。本发明只需一次装填焊接即可将晶粒通过焊接自动对正，而且焊接气孔面积小，良品率高。本发明的酸洗工艺能够最大程度洗净切割面毛糙，有效避免了酸洗可能导致的表面腐蚀坑，提高了产品的电性良率。
本发明要解决的技术问题的技术方案是：
一种低功耗快速开关塑封高压硅堆的制造方法，包括如下步骤：
步骤1：二极管晶粒的制备
1.1、在硅晶片的厚度方向预切割，形成不完全切开的方形的二极管晶粒，硅晶片的切割深度为硅晶片总厚度的3/5～4/5。
1.2、将在厚度方向预切割的硅晶片n面朝上放在晶粒裂解纸上，切割刀口方向朝上，轻压，使得不完全切开的二极管晶粒完全裂解。
步骤2：开关管的制备：
2.1：以重掺杂n+外延片硅片做衬底，经过扩硼、研磨工艺，形成p+nn+结。
2.2：所述的硅片p+nn+结，扩硼的p+层为浅结扩散，扩散深度为:p+层：15～16μm，n层：30～32μm，n+层：270～280μm。
2.3：所述pn结进行铂扩散，延长扩散时间加深铂扩散浓度，扩散温度为940～950度时，扩散时间:1小时。
步骤3：装填
3.1、将下引线装入下焊接舟。
3.2、将焊片放入焊片吸盘，并移入焊接舟，焊片落在引线之上；二极管晶粒放入焊接舟，落在焊片之上，重复焊片—二极管晶粒—焊片……二极管晶粒—焊片的顺序装填，在焊接舟表面均匀喷洒助焊剂，合上载有上引线的上焊接舟。
其中，开关管可同极性串联在二极管晶粒的任意位置，二极管晶粒可以任意角度放入，无需刻意调整晶粒放入的角度，焊片放入时也无需刻意调整位置；装填过程注意随时调整下引线托盘的控制螺丝的高度，随着二极管晶粒和开关管的装填，逐渐降低下引线托盘的深度，防止深度过深时二极管晶粒和开关管在焊接舟孔中翻转。
3.3、焊片大小与方形晶粒大小之间遵循严格的尺寸比例关系，焊片过大，方形晶粒无法拉正，焊片过小，方形晶粒间接触不良，47、55、90、134mil尺寸的方形晶粒分别对应的焊片尺寸为是：φ1.30mm、厚度0.05mm；φ1.70mm、厚度0.05mm；φ2.80mm、厚度0.05mm；φ3.56mm，厚度0.10mm。
步骤4：焊接
装填好的焊接舟，放入焊接炉进行焊接，形成硅堆焊接件，焊接温度和时间为：
在常温下，以16.5±0.5℃/min的升温斜率加热焊接温度至310～320℃，焊接温度维持时间：5～10min；再以7.0±0.5℃/min的降温斜率降温至70±5℃，最后自然降至室温。
步骤5：清洗
包括如下步骤：
5.1：用混和酸在常温下对焊接后的硅堆焊接件酸洗150秒，然后用去离子水冲洗硅堆焊接件60秒。
5.2：将浓度为85±1％的磷酸：浓度35±1％的双氧水：纯水按照体积比为1：1：3混合搅拌8～10分钟制得酸洗液，将制得的酸洗液加热至60℃，硅堆焊接件在此酸洗液中清洗60秒，然后用去离子水冲洗硅堆焊接件60秒。
5.3：将浓度25％～28％的氨水、浓度为35±1％的双氧水和纯水按照体积比为9：1：9比例混合均匀制得酸洗液，使用常温的此酸洗液将硅堆焊接件清洗60秒，然后用去离子水冲洗硅堆焊接件60秒。
5.4：清洗后的硅堆焊接件在去离子水超声(或者兆声)清洗3分钟，然后用50～60℃的去离子水冲洗硅堆焊接件60秒。
5.5：硅堆焊接件放入异丙醇浸泡5～8分钟。
5.6：将硅堆焊接件在170～210℃温度下烘干一小时。
步骤6：对清洗烘干后的硅堆焊接件上白胶，然后进行固化，硅堆封装成型。优选的，所述步骤3中焊片的组份为：
铅：92.5％，锡：5％，银：2.5％。
优选的，所述步骤4中晶粒在焊接炉加热焊接过程中通以氮气或氢气保护，焊接温度为315℃，焊接温度维持时间为7分钟。
优选的，所述步骤5中的混合酸由氢氟酸、醋酸、硫酸和硝酸组成，所述氢氟酸：醋酸：硫酸：硝酸的体积比＝8.8:13：5.6:9.2，所述氢氟酸的浓度为48.5～49.5％，醋酸的浓度为99.6～99.9％，硫酸的浓度为97.6～98.6％，硝酸的浓度为67.5～68.5％。
优选的，所述混合酸如下步骤制得：
在温度25±5℃时，按照以下顺序加入原料
步骤1：在容器中加入浓度为99.6～99.9％的醋酸，然后加入浓度为49±0.05％的氢氟酸，搅拌10～15分钟。
步骤2：再加入浓度为68±0.5％的硝酸，搅拌15分钟。
步骤3：最后加入浓度为98.1±0.5％的硫酸，混合后搅拌2～3小时。
优选的，所述步骤5.2、5.3中，使用去离子水的温度为50～60度。
优选的，所述步骤1二极管晶粒的制备还包括如下步骤：
7.1、将透明防反罩放置于晶粒裂解纸下方，吸盘开口一侧扣在晶粒裂解纸的二极管晶粒上，然后将透明防反罩、晶粒裂解纸、方形晶粒、吸盘整体水平方向反转，防反罩和晶粒吸盘适当用力夹紧，防止在反转时晶粒相对移动，使得二极管晶粒整体移入吸盘内；吸盘在下，吸盘之上依次为二极管晶粒、晶粒裂解纸和透明防反罩。
7.2、拿起透明防反罩，移除透明防反罩和晶粒裂解纸，再在方形晶粒上方重新扣上透明防反罩，透明防反罩与晶粒吸盘之间的间距小于二极管晶粒边长，防止晃盘时翻转。
7.3、晃动吸盘，吸盘开始吸附二极管晶粒，确保吸盘的每一吸孔都吸附二极管晶粒，并且吸盘的吸孔内二极管晶粒方向一致无反转。
7.4、打开真空开关，把吸盘孔的二极管晶粒吸住，多余少量方形晶粒倒出它用。
优选的，所述步骤2.3的铂扩散步骤为：将用作开关管的晶粒的pn片用hf去掉氧化层，旋涂两遍铂源，在温度为940～950度，通氮气保护干燥1小时。
优选的，所述步骤2.2中的硅片p+nn+结，扩硼的p+层为浅结扩散，扩散深度为:p+层：15μm,n层：30μm,n+层270μm。
本发明还公开了一种低功耗快速开关塑封高压硅堆，所述高压硅堆包括两端引线和位于两端引线之间的硅堆焊接件，所述硅堆焊接件包括通过焊片依次焊接在一起的二极管晶粒和开关管，所述硅堆焊接件外围设有保护白胶，所述白胶外围设有塑封环氧树脂层，所述二极管晶粒和开关管依本发明低功耗快速开关塑封高压硅堆的制造方法进行制造。
更好的，所述高压硅堆包括8个同极性串联的反向电压vr＝1300v、正向电压vf小于1v的二极管和一个开关管，所述高压硅堆施加正向电流if＝1a时,正向电压vf小于8v，开关时间trr小于17ns。
本发明的优异效果：
1、晶粒生产过程中极性一致，因此在焊接之前无需将晶粒的极性进行挑选和验证，提高了生产效率，保证了产品质量。
2、本发明利用晶粒和焊片在高温下不同的热膨胀系数及形变，焊接前无需提前对正晶粒，按照焊片—晶粒—焊片……晶粒—焊片的顺序装填，可实现焊接后晶粒自动拉正，可至少一次性同时拉正10片串联晶粒。本发明实现了在310℃～320℃的较低温度下，气孔面积大大减小(气孔面积小于10％)，良品率95～100％，有效避免焊接不密集牢固的问题，而且节约了能源。
3、采用本发明的混合酸用于二极管生产工艺的酸洗步骤，可以实现高性能酸洗，通过提高pn的电性良率，提高产品高温下的可靠性，特别是能够有效改善二极管高温反偏和高温存储两个可靠性指标，产品更加有竞争优势。
4、经过实测数据表明：所述高压硅堆采用8个同极性串联的反向电压vr＝1300v、正向电压vf小于1v的二极管和一个开关管的方案，本发明的硅堆能够在不影响其它参数情况下，反向电压10000v时，正向电压不超过8v，并且能够在17ns的极短时间内实现有效关断，解决了高压低功耗高频整流问题。本发明的低功耗快速开关塑封高压硅堆能够达到的优异的主要技术指标为：
反向电压vr＝10000v时,ir<0.01μa，
正向电流if＝1a时，vf<8v，
开关时间trr<17ns，
功耗:正向电流if＝1a时,小于8w。
附图说明
此处所说明的附图用以提供对本发明的进一步理解，构成本发明申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明具有8层二极管晶粒和一个开关管的一种实施例的示意图。
图中：
11.上引线，12.下引线，
20.第1层二极管晶粒，21.第2层二极管晶粒，22.第3层二极管晶粒，23.第4层二极管晶粒，24.第5层二极管晶粒，25.第6层二极管晶粒，26.第7层二极管晶粒，27.第8层二极管晶粒，
300.第1层焊片，301.第2层焊片，302.第3层焊片，303.第4层焊片，304.第5层焊片，305.第6层焊片，306.第7层焊片，307.第8层焊片，308.第9层焊片，309.第10层焊片，
40.开关管。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的技术内容，本领域的技术人员可由本说明书揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点和功效。本发明亦可通过其它不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同的观点和应用，在不违背本发明的精神下进行各种修饰和变更。
一种低功耗快速开关塑封高压硅堆的制造方法，包括如下步骤：
步骤1：二极管晶粒的制备
为避免歧义，便于理解，此处所述二极管晶粒是用于制作高压硅堆的基本部件，也可以称呼为管芯或芯片或二极管硅片。他们具有相同的构造和功能。
1.1、在硅晶片的厚度方向预切割，形成不完全切开的方形的二极管晶粒，硅晶片的切割深度为硅晶片总厚度的3/5～4/5。
1.2、将在厚度方向预切割的硅晶片n面朝上放在晶粒裂解纸上，切割刀口方向朝上，轻压，使得不完全切开的二极管晶粒完全裂解。
具体实施例中，所述串联开关管的开关时间远小于所述其它串联二极管的开关时间。硅堆的开关时间由所有二极管中开关时间最短的那个决定，即开关二极管决定，所以开关二极管需要特殊制备工艺，使其开关时间足够小，以满足硅堆开关要求。所用开关管反向电压在200-300v之间，串联后,与其它二极管取平均后，并不影响整个硅堆的其它工作参数，又能实现快速开关。
步骤2：开关管的制备：
2.1：以重掺杂n+外延片硅片做衬底，经过扩硼、研磨工艺，形成p+nn+结。
2.2：所述的硅片p+nn+结，扩硼的p+层为浅结扩散，扩散深度为:p+层：15～16μm，n层：30～32μm，n+层：270～280μm。优选的，本步骤中相关的扩散深度为:p+层：15μm，n层：30μm，n+层270μm。
2.3：所述pn结进行铂扩散，延长扩散时间加深铂扩散浓度，扩散温度为940～950度时，扩散时间:1小时。优选的，本步骤中将用作开关管的晶粒的pn片用hf去掉氧化层，旋涂两遍铂源，在温度为940～950度，通氮气保护干燥1小时。
步骤3：装填
3.1、将下引线装入下焊接舟。
3.2、将焊片放入焊片吸盘，并移入焊接舟，焊片落在引线之上；二极管晶粒放入焊接舟，落在焊片之上，重复焊片—二极管晶粒—焊片……二极管晶粒—焊片的顺序装填，在焊接舟表面均匀喷洒助焊剂，合上载有上引线的上焊接舟。
其中，开关管可同极性串联在二极管晶粒的任意位置，二极管晶粒可以任意角度放入，无需刻意调整晶粒放入的角度，焊片放入时也无需刻意调整位置；装填过程注意随时调整下引线托盘的控制螺丝的高度，随着二极管晶粒和开关管的装填，逐渐降低下引线托盘的深度，防止深度过深时二极管晶粒和开关管在焊接舟孔中翻转。
二极管晶粒(亦可以称为二极管硅片)叠加个数取决于高压硅堆耐压要求，如果需要高压硅堆耐压为10000v，需要叠加8片硅片再加一片开关管，相应正向电压不超过8v。如果需要高压硅堆耐压为20000v，需要叠加16片硅片再加一片开关管，相应正向电压不超过16v。
3.3、焊片大小与方形晶粒大小之间遵循严格的尺寸比例关系，焊片过大，方形晶粒无法拉正，焊片过小，方形晶粒间接触不良，47、55、90、134mil尺寸的方形晶粒分别对应的焊片尺寸为是：φ1.30mm、厚度0.05mm；φ1.70mm、厚度0.05mm；φ2.80mm、厚度0.05mm；φ3.56mm，厚度0.10mm。
所述焊片的一种配方为铅：92.5％，锡：5％，银：2.5％。
步骤4：焊接
装填好的焊接舟，放入焊接炉进行焊接，形成硅堆焊接件，焊接温度和时间为：
在常温下，以16.5±0.5℃/min的升温斜率加热焊接温度至310～320℃，焊接温度维持时间：5～10min；再以7.0±0.5℃/min的降温斜率降温至70±5℃，最后自然降至室温。
一种较佳的实施例为，所述步骤4中晶粒在焊接炉加热焊接过程中通以氮气或氢气保护，焊接温度为315℃，焊接温度维持时间为7分钟。
焊接炉加热区缓冲区及降温区的结构比例，是实现低温焊接的关键。优选的，可选焊接炉11m长，加热区长度3.4m，缓冲区长度1m，其余是降温区。并且，所述焊接炉两端设有上下对应氮气风帘，氮气流量都是1.2立方米/h，加热区氮气流量是4立方米/h。
目前在半导体制造行业中，绝大多数使用隧道式焊接炉完成半导体材料与引线焊接工作，在焊接过程中其焊接温度范围和降温阶段的温度变化速率、精度均会对后续成品质量造成无法弥补的影响。现有工艺中一般控制焊接温度控制在350～380℃，降温速率控制不精确，或开炉初期降温速率存在一些失控现象，会直接影响了成品质量。另外，高温导致焊接出的硅堆焊接气孔大，气孔面积一般在8～20％，良品率低(小于90％)，而且浪费能源，现有技术如果温度低于350℃，会出现焊接不良。
采用如上本发明所述的温控曲线，可在310℃～320℃的较低温度下实现焊接，气孔面积大大减小(气孔面积小于10％)，良品率95～100％，有效避免焊接不密集牢固的问题，而且节约了能源。
步骤5：清洗
包括如下步骤：
5.1：用混和酸在常温下对焊接后的硅堆焊接件酸洗150秒，然后用去离子水冲洗硅堆焊接件60秒。
5.2：将浓度为85±1％的磷酸：浓度35±1％的双氧水：纯水按照体积比为1：1：3混合搅拌8～10分钟制得酸洗液，将制得的酸洗液加热至60℃，硅堆焊接件在此酸洗液中清洗60秒，然后用去离子水冲洗硅堆焊接件60秒。为了获得更好的酸洗效果，适宜的酸洗温度是个关键参数。较佳的实施例是，使用去离子水的温度为50～60度。
5.3：将浓度25％～28％的氨水、浓度为35±1％的双氧水和纯水按照体积比为9：1：9比例混合均匀制得酸洗液，使用常温的此酸洗液将硅堆焊接件清洗60秒，然后用去离子水冲洗硅堆焊接件60秒。为了获得更好的酸洗效果，适宜的酸洗温度是个关键参数。较佳的实施例是，使用去离子水的温度为50～60度。
5.4：清洗后的硅堆焊接件在去离子水超声(或者兆声)清洗3分钟，然后用50～60℃的去离子水冲洗硅堆焊接件60秒。
5.5：硅堆焊接件放入异丙醇浸泡5～8分钟。
5.6：将硅堆焊接件在170～210℃温度下烘干一小时。
洗净的标准是污染粒子不影响二极管电性。
经过上述酸洗的硅堆焊接件，pn结周边光洁，有质感，可以提高电性良率的指标，此外，采用本发明所述的混合酸和基于该混合酸的二极管清洗方法，使用77支二极管做高温反偏实验，实测采用本发明所述的混合酸和基于该混合酸的二极管清洗方法生产的77支二极管，没有出现失效的情况。
工作结温和储存温度：-55摄氏度～155摄氏度；高温漏电流小于50μa(125度，8000v)；高温反偏试验能做到125度，施加反向电压vr＝10000伏，反向电流ir＝0.01μa，施加正向电流if＝1a,正向电压vf＝8v，开关时间trr＝17ns。
步骤6：对清洗烘干后的硅堆焊接件上白胶，然后进行固化，硅堆封装成型。所述步骤5中的混合酸由氢氟酸、醋酸、硫酸和硝酸组成，所述氢氟酸：醋酸：硫酸：硝酸的体积比＝8.8:13：5.6:9.2，所述氢氟酸的浓度为48.5～49.5％，醋酸的浓度为99.6～99.9％，硫酸的浓度为97.6～98.6％，硝酸的浓度为67.5～68.5％。
上述用于对硅堆焊接件进行酸洗的混和酸，具有优异的效果，采用本发明的混合酸用于二极管生产工艺的酸洗步骤，可以实现高性能酸洗，通过提高pn的电性良率，进而提高产品质量，节约劳动成本。同时，经混和酸酸洗的硅堆焊接件，能够提高硅堆焊接件产品高温下的可靠性，特别是能够有效改善二极管高温反偏和高温存储两个可靠性指标，产品更加有竞争优势。下面详述上述混和酸的配比和制作步骤。
在温度25±5℃时，按照以下顺序加入原料
步骤1：在容器中加入浓度为99.6～99.9％的醋酸，然后加入浓度为49±0.05％的氢氟酸，搅拌10～15分钟，
步骤2：再加入浓度为68±0.5％的硝酸，搅拌15分钟，
步骤3：最后加入浓度为98.1±0.5％的硫酸，混合后搅拌2～3小时。
常规的二极管晶粒制造过程中，二极管晶粒可能混为一团，不便区分晶粒的极性，进而可能影响产品质量，降低生产效率，因此本发明还公开了二极管晶粒的制备的创新性的步骤。上述步骤中，是对二极管晶粒的制备的粗略概况步骤，更加细节的步骤还有如下的几个步骤，优选的几个细节步骤如下：
1、将透明防反罩放置于晶粒裂解纸下方，吸盘开口一侧扣在晶粒裂解纸的二极管晶粒上，然后将透明防反罩、晶粒裂解纸、方形晶粒、吸盘整体水平方向反转，防反罩和晶粒吸盘适当用力夹紧，防止在反转时晶粒相对移动，使得二极管晶粒整体移入吸盘内；吸盘在下，吸盘之上依次为二极管晶粒、晶粒裂解纸和透明防反罩，
2、拿起透明防反罩，移除透明防反罩和晶粒裂解纸，再在方形晶粒上方重新扣上透明防反罩，透明防反罩与晶粒吸盘之间的间距小于二极管晶粒边长，防止晃盘时翻转，
3、晃动吸盘，吸盘开始吸附二极管晶粒，确保吸盘的每一吸孔都吸附二极管晶粒，并且吸盘的吸孔内二极管晶粒方向一致无反转；
4、打开真空开关，把吸盘孔的二极管晶粒吸住，多余少量方形晶粒倒出它用。
采用如上的完善步骤，可以保证晶粒的生产极性一致，减少后续不必要的麻烦，使得晶粒生产节约人力成本和提高正确率。
本发明还公开了依本发明低功耗快速开关塑封高压硅堆的制造方法制得的一种低功耗快速开关塑封高压硅堆，所述高压硅堆包括两端引线和位于两端引线之间的硅堆焊接件，所述硅堆焊接件包括通过焊片依次焊接在一起的二极管晶粒和开关管，所述硅堆焊接件外围设有保护白胶，所述白胶外围设有塑封环氧树脂层。
更好的，所述高压硅堆包括8个同极性串联的反向电压vr＝1300v、正向电压vf小于1v的二极管和一个开关管，所述高压硅堆施加正向电流if＝1a时,正向电压vf小于8v，开关时间trr小于17ns。
参见图1，示出了本发明具有8层二极管晶粒和一个开关管的一种高压硅堆。所述高压硅堆包括上引线11和下引线12，在上引线11和下引线12之间设有通过焊片300～309依次焊接在一起的二极管晶粒20～27和开关管40。所述二极管晶粒20～27从下至上依次为第1层二极管晶粒20，第2层二极管晶粒21，第3层二极管晶粒22，第4层二极管晶粒23，第5层二极管晶粒24，第6层二极管晶粒25，第7层二极管晶粒26，第8层二极管晶粒27。在第4层二极管晶粒23和第5层二极管晶粒24之间设有开关管40，开关管40也可以设置在其他任意两个二极管晶粒之间，也可以设在上引线11与第8层二极管晶粒27之间，或设在下引线12与第1层二极管晶粒20之间，以上开关管40与二极管晶粒之间的各种位置设置，要确保开关管40和极管晶粒极性一致，所述二极管晶粒vr＝1300v、正向电压vf小于1v，形成的高压硅堆施加正向电流if＝1a时,正向电压vf小于8v，开关时间trr小于17ns。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。