關(guān)于一種整流二極管管芯的生產(chǎn)工藝的研究

高定健 薛明峰

摘 要 整流管也就是二極管，一般通過的電流較大。利用二極管單向?qū)щ娦裕梢园逊较蚪惶孀兓慕涣麟娮儞Q成單一方向的脈動直流電。整流二極管通常由管芯、引線和包覆層構(gòu)成，其中具有相應(yīng)功能作用是管芯，確切地說是PN結(jié)。目前行業(yè)內(nèi)生產(chǎn)工藝均采用PN硅橡膠包覆前完成金屬件表面處理，蝕刻后鍍錫的方式較多，該方式可焊性和漏電流均較差，生產(chǎn)的異常概率較高。結(jié)合上訴問題和現(xiàn)有工藝研究，在現(xiàn)有方案上進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)合材料特性，調(diào)整生產(chǎn)流程，提升了材料的外觀和可焊性，有效保護(hù)了PN結(jié)降低了污染，提升了常溫和高溫漏電流。

關(guān)鍵詞 整流二極管;生產(chǎn)工藝;蝕刻;表面處理

本研究提供了一種整流二極管管芯的生產(chǎn)工藝，包括對管芯進(jìn)行焊接、PN結(jié)蝕刻、清洗、PN結(jié)保、表面鍍金屬層處理、材料表面拋光護(hù)等。本研究的整流二極管管芯的生產(chǎn)工藝，通過調(diào)整拋光處理和鍍金屬層的順序，在拋光處理之后再鍍金屬層，可避免由于拋光處理力度過大帶來的露銅露鐵或鍍層不合格的問題，還可避免由于拋光力度過小帶來的可焊性差的問題。同時，白膠包裹后，有效保護(hù)了PN結(jié)。降低了在表面鍍金屬層環(huán)節(jié)，電鍍藥水及電鍍液對PN結(jié)污染，二極管芯常溫和高溫漏電流在同等測試條件下較低。

1二極管芯的工藝生產(chǎn)

在二極管芯生產(chǎn)過程中，先完成金屬件與PN結(jié)的真空焊接，焊接空洞X-ray測量需要小于2%，PN結(jié)與銅件焊接面邊緣不能有焊接空洞和縫隙。完成焊接后對材料進(jìn)行清洗處理，主要是要去除焊接過程中使用的助焊劑及焊接后氧化物等雜質(zhì)。待前處理完畢后，在進(jìn)行PN結(jié)的蝕刻處理，先采用混合酸溶液（硝酸、氫氟酸、冰乙酸、硫酸混合液，質(zhì)量比9∶9∶12∶4）去除晶粒在切割裂片的損傷層，同時將PN結(jié)蝕刻出酸洗角度，以便于電場展開。然后沖洗，沖洗后完成表面PN結(jié)表面鈍化（采用磷酸、過氧化氫、水的混合液，體積比1∶1∶2），主要是在蝕刻好的PN結(jié)表面形成二氧化硅，實現(xiàn)鈍化保護(hù)，最后再采用堿液（氨水和水體積比1∶4），以絡(luò)合所述酸洗后的管芯表面的雜質(zhì)并使之形成水溶性絡(luò)合物。最后采用純水沖洗，先使用常溫的水電阻率至少為10MΩ·cm的純水沖洗一次，再使用溫度為60℃-80℃的水電阻率至少為10MΩ·cm的純水沖洗一次。其中，第一次純水沖洗可以將管芯表面的氨水沖洗掉，第二次沖洗可以進(jìn)一步將管芯上殘余的氨水及絡(luò)合物清洗掉。完成后材料離心甩干。烘干后再進(jìn)行PN結(jié)保護(hù)、金屬件表面的鍍層處理及表面拋光處理[1]。

2現(xiàn)行二極管生產(chǎn)工藝

甩干后表面處理，進(jìn)行金屬件表面電鍍，表面為鍍錫處理，電鍍后對材料進(jìn)行超聲波清洗，去除在電鍍流轉(zhuǎn)過程和鍍金屬層過程中的污染物，超聲后用熱水清洗，離心甩干并烘干水分，烘干后PN結(jié)邊緣采用硅橡膠進(jìn)行包覆，要求PN結(jié)和硅橡膠結(jié)合位置不能有空洞產(chǎn)生，硅橡膠需要在110℃完成第一次固化，再在200℃完成二次固化，表面鍍層會在固化過程中出現(xiàn)氧化，在客戶使用中，存在引起焊接可焊性較差的風(fēng)險。該工藝還存在PN結(jié)污染的風(fēng)險，完成蝕刻的PN結(jié)在表面處理過程中易受到電鍍液和流轉(zhuǎn)過程環(huán)境的污染。在常溫和高溫情況下測試漏電流的標(biāo)準(zhǔn)差較大。高溫漏電流分布如下圖[2]：

現(xiàn)在工藝高溫IR測試分布圖

3改善后二極管工藝

材料甩干后進(jìn)行烘干，烘干完成后，先對開放裸露的PN進(jìn)行硅橡膠的包覆，同樣要求在白膠裹敷完畢后，PN結(jié)周邊不能有缺膠、氣孔，確認(rèn)后，然后進(jìn)行一次110℃固化和200℃的二次固化，固化完成后，進(jìn)行拋光處理，主要針對裸銅在高溫烘烤中出現(xiàn)的銅材表面的金屬層氧化。將拋光好的材料送表面處理，進(jìn)行金屬件鍍金屬層處理，實驗采用鍍錫處理方案。最后烘干。這樣工藝的調(diào)整，避免了錫在白膠高溫烘烤中出現(xiàn)的錫層表面氧化，保證了鍍層的厚度要求，改善了材料的外觀和自身可焊性。同時該工藝還避免了材料在流轉(zhuǎn)過程中PN結(jié)受污染的風(fēng)險，主要避免了電鍍液和電鍍環(huán)境和PN結(jié)的直接接觸，保證了PN結(jié)在反向狀態(tài)下漏電量，有助于降低材料的常溫和高溫漏電流。材料的常溫和高溫漏電流標(biāo)準(zhǔn)差較現(xiàn)行工藝有了較大的改善，實驗高溫漏電流分布如下圖[3]：

改善工藝高溫IR測試分布圖

4結(jié)束語

結(jié)合上訴對比，總結(jié)對比樣本數(shù)據(jù)如下表：

通過上訴樣本數(shù)據(jù)對比看，在常溫和高溫反向漏電流的均值和標(biāo)準(zhǔn)差看，改善工藝較現(xiàn)有工藝有了較大的改善，尤其在高溫特性的均值和標(biāo)準(zhǔn)差上表現(xiàn)更為明顯。改善工藝有效地控制了現(xiàn)行工藝生產(chǎn)流程中PN結(jié)在表面金屬層處理時污染，降低了生產(chǎn)工藝對材料反向漏電流的影響，同批次原物料生產(chǎn)數(shù)據(jù)看，在常溫和高溫IR分布更加集中，一致性較好[4]。

參考文獻(xiàn)

[1] 揚(yáng)州虹揚(yáng)科技發(fā)展有限公司.黃銅管芯酸洗方法[P].中國：106245048A，2016-12-21.

[2] 揚(yáng)州虹揚(yáng)科技發(fā)展有限公司.一種銅基材處理液及預(yù)處理工藝[P].中國：109267127A，2019-01-25.

[3] GB/T4023-2015.半導(dǎo)體器件分立器件和集成電路第2部分：整流二極管[S].中國：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015.

[4] JB/T7624-2013.整流二極管測試方法[S].中國：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013.