專利名稱：一種塑封功率二極管及其制造工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體分立器件技術領域，尤其是涉及塑封功率二極管技術領域。
背景技術：
目前，廣泛應用于電視、電腦、節(jié)能燈、電子儀器儀表電路中的塑封功率二極管，其封裝形式可分為環(huán)氧樹脂塑料封裝、玻璃封裝、金屬封裝、陶瓷封裝等。環(huán)氧樹脂塑料封裝的功率二極管易于大規(guī)模生產，成本低廉，是當今封裝二極管的主流。功率二極管的芯片有多種制造工藝方法，一類是平面工藝制作的芯片，PN結不裸露在芯片外面，經(jīng)連接外部導線封裝成二極管；另一類是臺面制作的二極管，即二極管的芯片采用臺面型，PN結有一部分裸露在芯片臺面表面，需要經(jīng)過酸腐蝕或堿腐蝕、水洗、保護臺面等處理，以達到二極管的反向電壓的設計值和減少反向漏電流的目的。耐高溫反向電壓的功率二極管大都采用臺面型工藝方法制造。塑封功率二極管的制造方法有多種，主要采用玻璃鈍化(GPP)芯片和經(jīng)酸腐蝕或堿腐蝕芯片。前者(GPP)芯片焊接導線后可進行塑封，而后者是將芯片焊接導線后，再經(jīng)過酸腐蝕及高純水的清洗，硅橡膠的保護后，才能注塑封裝?，F(xiàn)有技術工藝制造的塑封功率二極管中，硅芯片的臺面經(jīng)過酸腐蝕及高純水、有機化學試劑的清洗脫水等步驟，需要大量的化學試劑，且有些微量有害雜質很難被清除徹底，導致產品的反向漏電流大，特別是高溫時，反向漏電流隨溫度的升高和時間的延長而增大，導致產品早期失效。另外，芯片經(jīng)酸腐蝕、水洗后，在150-200°C的條件下烘烤10-60分鐘后，再涂敷有機硅橡膠，再在200-230°C的條件下使液體硅橡膠固化6-8小時，其后進行注塑環(huán)氧樹脂的外型封裝。用這種方法的問題是涂敷液體硅橡膠前烘烤時間短，芯片臺面及芯片與導線間的微量水分、殘余微量酸、金屬鹽類化合物、有機化合物等有害雜質不能徹底的清除，芯片臺面表面的鈍化作用較差，涂覆的硅橡膠固化后封裝的產品耐熱應力沖擊差，二極管的電參數(shù)變壞。因此需要設計試驗出一種產品可靠性得到提高，且簡單易行的清洗二極管芯片臺面的新工藝。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種塑封功率二極管及其制造工藝。它比現(xiàn)有技術中的方法容易實施且成本更為低廉，二極管的高溫特性、一致性和可靠性更好。本發(fā)明一種塑封功率二極管，其由以下工藝步驟制的
①工藝焊接將硅芯片、焊片和無氧銅導線組裝到焊接舟中，經(jīng)焊接爐連接二極管的正負極；
②酸腐蝕將連接好導線的硅芯片插入酸洗盤中，在含有硝酸、氫氟酸、冰醋酸、硫酸的混合酸作用下，腐蝕掉芯片的劃片刀痕、氧化層，使芯片臺面表面光滑潔凈，裸露在芯片臺面表面的PN結得到清潔處理，酸腐蝕液成分(體積比)=HNO3HFCH3COOHH2S04=9:9:12:4 ；
③鈍化經(jīng)含磷酸、雙氧水、純水的混合液，鈍化液的成分(體積比)=H2O2= H3PO4:純水 =1:1:3,使芯片臺面表面形成一層微薄的磷硅玻璃層或S^2層，以減少有害雜質的污染，保護裸露在芯片臺面表面的PN結；
④絡合經(jīng)含雙氧水、氨水、純水的混合液，絡合液的成分(體積比)=H2O2:NH3H2O:純水 =1:10:40，使硅芯片臺面吸附的銅等有害金屬雜質形成可溶入水的絡合物，使硅芯片表面上的金屬雜質得到解吸；
⑤超聲純水清洗在超聲的純水中，用純水沖洗硅芯片臺面，將金屬雜質去除；
⑥梳料將耐酸塑料盤中的半成品放到耐高溫的鋁制品的工裝上，以便后工序的高溫處理；
⑦干洗將連接導線的芯片放入加熱的烘箱中烘焙4-10小時，優(yōu)選6-8小時，最優(yōu)選7 小時，烘箱溫度200-250°C，優(yōu)選220-240°C，最優(yōu)選230°C，烘箱中通氫氮混合氣體或者潔凈的空氣；
⑧涂覆液體環(huán)氧樹脂或液體硅橡膠；
⑨膠固化放入150士 10 0C烘箱中固化10-60分鐘，烘箱溫度優(yōu)選150 士 5 °C，最優(yōu)選 150°C，固化時間優(yōu)選20-50分鐘，最優(yōu)選30分鐘；
⑩注塑封裝上注塑機注塑，形成二極管的非空腔塑封體外形，即獲得塑封功率二極管成品。 本發(fā)明一種塑封功率二極管的制造工藝，其包括如下工藝步驟
①工藝焊接將硅芯片、焊片和無氧銅導線組裝到焊接舟中，經(jīng)焊接爐連接二極管的正負極；
②酸腐蝕將連接好導線的硅芯片插入酸洗盤中，在含有硝酸、氫氟酸、冰醋酸、硫酸的混合酸作用下，腐蝕掉芯片的劃片刀痕、氧化層，使芯片臺面表面光滑潔凈，裸露在芯片臺面表面的PN結得到清潔處理，酸腐蝕液成分(體積比)=HNO3HFCH3COOHH2S04=9:9:12:4 ；
③鈍化經(jīng)含磷酸、雙氧水、純水的混合液，鈍化液的成分(體積比)=H2O2= H3PO4:純水 =1:1:3,使芯片臺面表面形成一層微薄的磷硅玻璃層或S^2層，以減少有害雜質的污染，保護裸露在芯片臺面表面的PN結；
④絡合經(jīng)含雙氧水、氨水、純水的混合液，絡合液的成分(體積比)=H2O2:NH3H2O:純水 =1:10:40，使硅芯片臺面吸附的銅等有害金屬雜質形成可溶入水的絡合物，使硅芯片表面上的金屬雜質得到解吸；
⑤超聲純水清洗在超聲的純水中，用純水沖洗硅芯片臺面，將金屬雜質去除；
⑥梳料將耐酸塑料盤中的半成品放到耐高溫的鋁制品的工裝上，以便后工序的高溫處理；
⑦干洗將連接導線的芯片放入加熱的烘箱中烘焙4-10小時，優(yōu)選6-8小時，最優(yōu)選7 小時，烘箱溫度200-250°C，優(yōu)選220-240°C，最優(yōu)選230°C，烘箱中通氫氮混合氣體或者潔凈的空氣；
⑧涂覆液體環(huán)氧樹脂或液體硅橡膠；
⑨膠固化放入150士10°C烘箱中固化10-60分鐘，烘箱溫度優(yōu)選150士5°C，最優(yōu)選150°C，固化時間優(yōu)選20-50分鐘，最優(yōu)選30分鐘；
⑩注塑封裝上注塑機注塑，形成二極管的非空腔塑封體外形，即獲得塑封功率二極管成品。本發(fā)明的工藝方法中芯片臺面的清洗，不采用常規(guī)的異丙醇、無水乙醇等有機溶劑的清洗和脫水，省掉有機溶劑清洗后的水洗及再脫水步驟。而是將連接導線的芯片經(jīng)酸腐蝕、鈍化、絡合、一道水沖的半成品放入加熱的烘箱中烘焙。其作用是將殘留在硅芯片表面及硅芯片導線狹縫中的水分、殘留的無機酸、低蒸發(fā)點的鹽類化合物等得到充分的揮發(fā)， 起到了比用水洗、有機溶劑清洗更好的效果。其另一作用使硅芯片臺面表面鈍化生成的 SiO2層致密且增厚，由原來的40-50A埃增加到100-200A。增厚的SiA層進一步的保護裸露在臺面表面的PN結，臺面表面更加穩(wěn)定，降低了二極管的高溫反向漏電流，反向電壓一致性好，二極管的高溫特性好。干洗機理混合腐蝕液中的氫氟酸具有較強的鉆蝕作用，它能鉆蝕到硅芯片與銅導線的焊接層中微縫隙，硝酸、硫酸等也能侵蝕到硅芯片與銅導線間的焊料的微空洞中，在腐蝕中腐蝕液接觸銅導線，鉛錫銀焊料，可生成硝酸銅、硫酸銅、硝酸銀等金屬鹽類粘附在硅芯片表面或進入到硅芯片與銅導線間的焊料的微空洞中，這些酸和金屬鹽類在濕法清洗中大都清除，但鉆蝕到硅芯片與銅導線的焊接層中微縫隙的氫氟酸及侵蝕到硅芯片與銅導線間的焊料的微空洞中的金屬鹽類、水分等物質，難以用濕法清洗干凈，但上述的酸、鹽類等物質大都具有較低的沸點，如氫氟酸的沸點是112. 2°C、硝酸的沸點是86°C、醋酸的沸點是118°C、水硝酸銅的沸點是170°C。當加溫到沸點以上的高溫并經(jīng)過一定時間的高溫過程，這些酸和鹽類都蒸發(fā)清除，徹底清除了硅芯片表面及硅芯片與銅導線之間的有害雜質。使二極管的反向漏電流更小和獲得更佳的硬擊穿特性。另外，本發(fā)明工藝方法中將干洗好且有SiO2保護的硅芯片臺面涂敷具有高彈性的液體環(huán)氧樹脂或液體硅橡膠，放入烘箱中固化，進一步地保護了連接導線的硅芯片臺面不受注塑時高壓力的塑封料的沖擊，更重要的作用是緩解了塑封料的熱應力的作用，降低了產品高溫漏電流，二極管的高溫特性得到了大幅度的提高。


圖1為塑封功率二極管的結構示意圖； 圖2是傳統(tǒng)技術工藝流程圖3是新工藝流程圖4是傳統(tǒng)工藝方法制作的產品高溫漏電流曲線； 圖5新工藝方法制作的產品高溫漏電流曲線
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的說明
圖中1、釘子頭銅導線，2、鉛錫銀焊片，3、硅芯片，4、二氧化硅層，5、環(huán)氧樹脂膠，6、非空腔塑封體。①焊接將硅芯片、焊片和無氧銅導線組裝到焊接舟中，經(jīng)焊接爐連接二極管的正負極；
②酸腐蝕將連接好導線的硅芯片插入酸洗盤中，在含有氫氟酸、硝酸、硫酸、冰醋酸的混合酸作用下，腐蝕掉芯片的劃片刀痕、氧化層，使芯片臺面表面光滑潔凈，裸露在芯片臺面表面的PN結得到清潔處理，酸腐蝕液成分(體積比)=HNO3HFCH3COOHH2S04=9:9:12:4 ；
③鈍化經(jīng)含磷酸、雙氧水、純水的混合液，使芯片臺面表面形成一層微薄的S^2 層，以減少有害雜質的污染，保護裸露在芯片臺面表面的PN結，鈍化液的成分(體積比) H2O2IH3PO4:純水=1:1:3 ；
④絡合經(jīng)含氨水、雙氧水、純水的混合液，使硅芯片臺面吸附的銅等有害金屬雜質形成可溶入水的絡合物，使硅芯片表面上的金屬雜質得到解吸，絡合液的成分(體積比) H2O2INH3H2O:純水=1:10:40 ；
⑤超聲純水清洗在超聲的純水中，用純水沖洗硅芯片臺面，將金屬雜質去除；
⑥梳料將耐酸塑料盤中的半成品放到耐高溫的鋁制品的工裝上，以便后工序的高溫處理；
⑦干洗將連接導線的芯片放入加熱的烘箱中烘焙7小時，烘箱溫度230°C，烘箱中通氫氮混合氣體；
所謂干洗是屬于物理清洗，是通過加溫的方法，將鉆蝕到硅芯片與銅導線之間的微量氫氟酸、硝酸等及其在腐蝕過程中生成的硝酸銅、硫酸銅等蒸發(fā)，去除濕法清洗難以去除的殘留酸和金屬鹽類有害雜質；同時，使化學形成的鈍化膜更加致密并在芯片臺面表面形成熱氧化膜；
⑧涂覆液體環(huán)氧樹脂膠經(jīng)干洗后的二極管，其硅芯片臺面裸露的PN結已得到了保護，二極管的反向特性顯現(xiàn)出來，但硅芯片臺面形成的鈍化膜及氧化層很薄(100-200A)，二極管加高的反向電壓時，易發(fā)生表面擊穿，另一方面很薄的鈍化膜及氧化層在后工序一一注塑封裝時，經(jīng)受不了注塑壓力的沖擊，易損壞，所以在干洗后涂覆液體環(huán)氧樹脂膠加以保護；
⑨膠固化放入150°C烘箱中固化30分鐘，涂覆的液體環(huán)氧樹脂要經(jīng)過一定的溫度和時間，使膠發(fā)生一定的固化并具有良好的粘附性和彈性，抵抗注塑壓力的沖擊并防止了表面擊穿，也防止后工序高溫老化熱應力的作用；
⑩注塑封裝將涂覆液體環(huán)氧樹脂并經(jīng)過適當固化涂覆膠的半成品，上注塑機注塑，形成二極管的非空腔塑封體外形，即得塑封功率二極管成品。本發(fā)明工藝方法中改變的臺面型塑封功率二極管的干洗方法和環(huán)氧樹脂膠保護臺面的方法，與傳統(tǒng)的完全濕法清洗相比，其工藝方法簡單易行，成本更加低廉，適合大規(guī)模生產，塑封功率二極管的高溫漏電流小，高檔率高，可靠性好。與傳統(tǒng)工藝方法對比試驗結果如下見附圖4、5。表1 高溫漏電流對比數(shù)據(jù)
權利要求
1.一種塑封功率二極管，其特征在于其由以下工藝步驟制的①工藝焊接將硅芯片、焊片和無氧銅導線組裝到焊接舟中，經(jīng)焊接爐連接二極管的正負極；②酸腐蝕將連接好導線的硅芯片插入酸洗盤中，在含有硝酸、氫氟酸、冰醋酸、硫酸的混合酸作用下，腐蝕掉芯片的劃片刀痕、氧化層，使芯片臺面表面光滑潔凈，裸露在芯片臺面表面的PN結得到清潔處理，腐蝕液成分(體積比)=HNO3HFCH3COOHH2S04=9:9:12:4 ；③鈍化經(jīng)含磷酸、雙氧水、純水的混合液，鈍化液的成分(體積比)=H2O2= H3PO4:純水 =1:1:3,使芯片臺面表面形成一層微薄的磷硅玻璃層或S^2層，以減少有害雜質的污染，保護裸露在芯片臺面表面的PN結；④絡合經(jīng)含雙氧水、氨水、純水的混合液，絡合液的成分(體積比)=H2O2:NH3H2O:純水 =1:10:40，使硅芯片臺面吸附的銅等有害金屬雜質形成可溶入水的絡合物，使硅芯片表面上的金屬雜質得到解吸；⑤超聲純水清洗在超聲的純水中，用純水沖洗硅芯片臺面，將金屬雜質去除；⑥梳料將耐酸塑料盤中的半成品放到耐高溫的鋁制品的工裝上，以便后工序的高溫處理；⑦干洗將連接導線的芯片放入加熱的烘箱中烘焙4-10小時，烘箱溫度200-250°C，烘箱中通氫氮混合氣體或者潔凈的空氣；⑧涂覆液體環(huán)氧樹脂或液體硅橡膠；⑨膠固化放入150士10°C烘箱中固化10-60分鐘；⑩注塑封裝上注塑機注塑，形成二極管的非空腔塑封體外形，即獲得塑封功率二極管成品。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種塑封功率二極管，其特征在于所述工藝⑦干洗中烘焙時間優(yōu)選6-8小時，最優(yōu)選7小時；烘箱溫度優(yōu)選220-240°C，最優(yōu)選230°C。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種塑封功率二極管，其特征在于所述工藝⑨膠固化中放入烘箱中固化，烘箱溫度優(yōu)選150士5°C，最優(yōu)選150°C ；固化時間優(yōu)選20-50分鐘，最優(yōu)選30分鐘。
4.一種塑封功率二極管的制造工藝，其特征在于其包括如下工藝步驟①工藝焊接將硅芯片、焊片和無氧銅導線組裝到焊接舟中，經(jīng)焊接爐連接二極管的正負極；②酸腐蝕將連接好導線的硅芯片插入酸洗盤中，在含有硝酸、氫氟酸、冰醋酸、硫酸的混合酸作用下，腐蝕掉芯片的劃片刀痕、氧化層，使芯片臺面表面光滑潔凈，裸露在芯片臺面表面的PN結得到清潔處理，腐蝕液成分(體積比)=HNO3HFCH3COOHH2S04=9:9:12:4 ；③鈍化經(jīng)含磷酸、雙氧水、純水的混合液，鈍化液的成分(體積比)=H2O2= H3PO4:純水 =1:1:3,使芯片臺面表面形成一層微薄的磷硅玻璃層或S^2層，以減少有害雜質的污染，保護裸露在芯片臺面表面的PN結；④絡合經(jīng)含雙氧水、氨水、純水的混合液，絡合液的成分(體積比)=H2O2:NH3H2O:純水 =1:10:40，使硅芯片臺面吸附的銅等有害金屬雜質形成可溶入水的絡合物，使硅芯片表面上的金屬雜質得到解吸；⑤超聲純水清洗在超聲的純水中，用純水沖洗硅芯片臺面，將金屬雜質去除；⑥梳料將耐酸塑料盤中的半成品放到耐高溫的鋁制品的工裝上，以便后工序的高溫處理；⑦干洗將連接導線的芯片放入加熱的烘箱中烘焙4-10小時，烘箱溫度200-250°C，烘箱中通氫氮混合氣體或者潔凈的空氣；⑧涂覆液體環(huán)氧樹脂或液體硅橡膠；⑨膠固化放入150士10°C烘箱中固化10-60分鐘；⑩注塑封裝上注塑機注塑，形成二極管的非空腔塑封體外形，即獲得塑封功率二極管成品。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種塑封功率二極管的制造工藝，其特征在于所述工藝⑦ 干洗中烘焙時間優(yōu)選6-8小時，最優(yōu)選7小時；烘箱溫度優(yōu)選220-240°C，最優(yōu)選230°C。
6.根據(jù)權利要求4或5所述的一種塑封功率二極管的制造工藝，其特征在于所述工藝⑨膠固化中放入烘箱中固化，烘箱溫度優(yōu)選150士5°C，最優(yōu)選150°C ；固化時間優(yōu)選 20-50分鐘，最優(yōu)選30分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種塑封功率二極管及其制造工藝，涉及半導體分立器件技術領域。其制造工藝不采用現(xiàn)有技術中用異丙醇、無水乙醇等有機溶劑的清洗和脫水工藝，省掉有機溶劑清洗后的水洗及再脫水工藝；采用將連接導線的芯片放入加熱的烘箱中烘焙4-10小時，烘箱溫度200-250℃，烘箱中通氫氮混合氣體或者潔凈的空氣；將涂覆液體環(huán)氧樹脂或液體硅橡膠的芯片放入150±10℃烘箱中膠固化10-60分鐘。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比產品具有優(yōu)良的高溫特性、一致性和可靠性。
文檔編號H01L29/861GK102263140SQ20111022814
公開日2011年11月30日 申請日期2011年8月10日 優(yōu)先權日2011年8月10日
發(fā)明者于秀娟, 張錄周, 武海清, 趙為濤 申請人:山東沂光電子股份有限公司