16000a/200～400v電焊機專用雪崩整流二極體及其製造方法

2023-05-20 12:11:26

專利名稱：16000a/200～400v電焊機專用雪崩整流二極體及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種功率半導體器件，特別涉及一種16000A/200 400V電焊機專用雪崩整流二極體及其製造方法。
背景技術：
目前，焊機用整流二極體主要國外生產的矽片直徑①63mm/13500A/200 400V整流二極體以及國內生產的矽片直徑①48mm/7000A/200 400 V整流二極體。他們的製造方法為採用N型(lll)徑向低阻單晶，先進行雙面擴散，然後磨去一面，再進行一次單面擴散。隨矽片直徑的增大變形越來越嚴重，不僅矽片直徑大不了，而且厚度更不能薄，63mm、直徑O. 21mm厚度、13500A容量已屬很不容易，如再通過減薄片厚、增加直徑來提升電流容量，將造成成品率低下。
由於焊機用電源瞬間電流幾萬 幾十萬安培，甚至更大，焊機中的整流器件採用多隻(如六隻或八隻)整流二極體並聯，使用成本高，每隻管電流分布不均，易造成管子損壞，採用均流措施又使成本增加。

發明內容
本發明的目的是要解決現有單只電焊機專用整流二極體容量小、器件使用中需要並聯均流的矛盾，在原有13500A/200 400V焊機專用整流二極體的基礎上，提供一種電流擴展能力更強、容量更大、質量更好、可靠性更高，使用成本更低的16000A/200 400V電焊機專用雪崩整流二極體及其製造方法。
本發明的技術解決方案是
該16000A/200 400 V電焊機專用雪崩整流二極體是由管殼、晶片構成，所述的晶片包括基區N、擴磷區N+和擴硼區P+以及陰、陽極歐姆接觸，其特殊之處是所述的晶片採用N型(IOO)徑向低阻單晶矽片，所述的單晶矽片電阻率Pn為5 10Q-cm、直徑為70mm、厚度0.17 0.19mm，且管子厚度為5 6mm，擴磷區N+和擴硼區P+為雙面一次擴散形成，陰、陽極歐姆接觸為鈦-鎳-金或鈦-鎳-銀。
該電焊機專用雪崩整流二極體的製造方法為
採用電阻率Pn為5 10Q-cm、直徑為70mm、厚度O. 17 0. 19mm的N型(100)徑向低阻單晶矽片；
矽片擴散，在125(TC下進行雙面一次擴散；擴散片檢測，P區表面濃度O. 04 0. 06mV/mA，結深XjP為78 82) y m; N區表面濃度 0. 06 0. 08mV/mA，結深XjN為58 62 y m;基區殘餘少子壽命t p為9 13 y S;
擴散片經噴砂、清洗、脫水烘乾後進行電子束多層金屬化蒸發，實現陰、陽極鈦-鎳-金 歐姆接觸；臺面噴砂造型，經腐蝕、清洗、聚醯亞胺鈍化保護後，中間測試；
將中間測試合格晶片，裝入管殼內，進行充氮氣下冷壓接封裝，封裝後管子厚度5 6mm。
上述的16000A/200 400 V電焊機專用雪崩整流二極體的製造方法，在矽片擴散時先將 矽片清洗後擺放在矽舟上，在相鄰的單晶矽片之間交替放置N+、 P+紙源片，在矽舟兩端放置 矽襯墊，經矽舟一端置放的彈簧將單晶矽片和紙源片壓緊後推入擴散爐中；當矽舟溫度至 390-41(TC時，紙源片燃燒並使矽片被壓得更緊，將矽舟從擴散爐中拉到爐口，小心取下彈 簧，將矽舟再次推入擴散爐中恆溫區在125(TC下進行高溫擴散。
上述的電焊機專用雪崩整流二極體的製造方法，所述的鈦:鎳:金或鈦:鎳:銀厚度分別為 0. 2 y m:O. 5 y m:O. 1 y m。
上述的電焊機專用雪崩整流二極體的製造方法，陰極臺面噴砂造型角度為45 55。，以 滿足雪崩特性要求。
本發明的優點是
1、 由於採用N型(100)徑向低阻單晶矽片，提高電流擴展能力30%;
2、 採用直徑①70mm、厚度O. 18±0. Olmm單晶矽片，通過雙面一次同時擴散以及置於矽 舟一端彈簧經矽墊的壓緊措施，保證了擴散後矽片不變形，從而提升了大電流容量、降低了 功耗。
3、 通過降低成品管厚度至5.5士0.5mm，提高瞬間散熱能力，滿足焊機要求。
4、 通過優化的N-PT(非穿通)雪崩結構，且無上下熱補償片栴餛 約把細竦難「啦饈 蘊跫 繁F骷喚鯰薪細叩惱蚶擻康緦？IFSM》1X10、/10 ms)能力，且有很高的反向浪 湧電流(IRSMS 1X104 A/2ms)能力。
5、 陰、陽極鈦-鎳-金歐姆接觸，且各層厚度科學優化，確保器件長時間工作的可靠性。


圖l是本發明的內部結構圖2是本發明的裝配結構總裝圖3是本發明的擴散片擺放結構示意圖4本發明的石英舟結構示意圖。
具體實施方式
實施例l
如圖所示，該電焊機專用雪崩整流二極體是由管殼、晶片1構成，所述的晶片l包括基區N，擴磷區N+和擴硼區P+以及陰、陽極鈦-鎳-金(或鈦-鎳-銀)歐姆接觸2、 3，蒸鍍層鈦:鎳:金(或鈦鎳銀)厚度分別為0. 2 y m:O. 5 y m:O. 1 y m，管子厚度5. 5±0. 5mm。晶片l採用N型(100)徑向低阻單晶矽片，電阻率pn為5 10Q-cm、直徑為①70mm、厚度O. 18±0. Olmm，擴磷區N+和擴硼區P+為雙面一次擴散形成。
該電焊機專用雪崩整流二極體的製造方法為採用N型(100)徑向低阻單晶矽片101，所述的單晶矽片101直徑為70mm，厚度O. 18±0. Olmm，電阻率p n為5 10 Q-cm。清洗後，擺放在矽舟4上，在相鄰的單晶矽片l之間交替放置N+、 P+紙源片5，在矽舟4兩端放置矽襯墊6，通過置於矽舟4一端的彈簧7將單晶矽片1和紙源片5壓緊後推入擴散爐中；當矽舟4溫度至390 41(TC時，紙源片5燃燒並在彈簧7的作用使矽片101被壓得更緊，將矽舟4從擴散爐拉到爐口，取下彈簧7，(此時矽舟4內的矽片101連同兩端的矽襯墊6被更緊的壓接在一起)，將矽舟4再次推入擴散爐中恆溫區在125(TC下進行雙面一次擴散。
擴散片檢測P+區表面濃度0. 04 0. 06mV/mA，結深XjP為78 82 y m; N+區表面濃度0. 06 0. 08mV/mA，結深XjN為58 62 y m;基區殘餘少子壽命t p為9 13 y S。
擴散片經噴砂、清洗、脫水烘乾後進行電子束多層金屬化蒸發，實現陰、陽極鈦-鎳-金(或鈦-鎳-銀)歐姆接觸，蒸鍍層鈦:鎳:金(或鈦:鎳:銀)厚度分別為0.2ym:0.5ym:O.1y m。
陰極臺面噴砂造型角度45 55G，經腐蝕、清洗、聚醯亞胺鈍化保護後，進行中間測試(包括反向耐壓、高溫漏電、通態峰值電壓、門檻電壓、斜率電阻以及浪湧電流電壓)；將中間測試合格晶片1，裝在晶片定位環9中，然後放置在下殼體內並蓋上陽極蓋8，所述的下殼體是由銅壓塊10和陶瓷環11燒接為一體，進行充氮氣下冷壓接封裝；封裝後管子厚度5. 5±0. 5mm。
封裝後的管子，經過高溫斷態、16000安培通態等常規測試和雪崩條件測試。測試合格後，匹配、分組、包裝入庫。實施例2
如圖所示，該電焊機專用雪崩整流二極體是由管殼、晶片1構成，所述的晶片l包括基區N，擴磷區N+和擴硼區P+以及陰、陽極鈦-鎳-金(或鈦-鎳-銀)歐姆接觸2、 3，鈦:鎳:金(或鈦鎳銀)厚度分別為0. 2 y m:O. 5 y m:O. 1 y m，管子厚度5. 5±0. 5mm。晶片1採用N型(IOO)徑向低阻單晶矽片，電阻率pn為5 10Q-cm，直徑為70mm、厚度O. 18±0. Olmm，擴磷區N+和擴硼區P+為雙面一次擴散形成。
該電焊機專用雪崩整流二極體的製造方法為採用N型(100)徑向低阻單晶矽片101，所述的單晶矽片101直徑為70mm，厚度O. 18±0. Olmm，電阻率p n為5 10 Q-cm。清洗後，擺放在矽舟4上，在相鄰的單晶矽片l之間交替放置N+、 P+紙源片5，在矽舟4兩端放置矽襯墊6，通過置於矽舟4一端的彈簧7將單晶矽片101和紙源片5壓緊後推入擴散爐中；當矽舟4溫度至390 41(TC時，紙源片5燃燒並在彈簧7的作用使矽片101被壓得更緊，將矽舟4從擴散爐拉到爐口，取下彈簧7，(此時矽舟4內的矽片101連同兩端的矽襯墊6被更緊的壓接在一起)，將矽舟4再次推入擴散爐中恆溫區在125(TC下進行雙面一次擴散。
擴散片檢測P+區表面濃度0. 04 0. 06mV/mA，結深XjP為78 82 y m; N+區表面濃度0. 06 0. 08mV/mA，結深XjN為58 62 y m;基區殘餘少子壽命t p為9 13 y S。
擴散片經噴砂、清洗、脫水烘乾後進行電子束多層金屬化蒸發，蒸鍍層鈦:鎳:金(或鈦鎳銀)厚度為0. 2y m:O. 5y m:O. 1 y m。
陰極臺面噴砂造型角度e為45 5511，經腐蝕、清洗、聚醯亞胺鈍化保護後，進行中間測試(包括斷態、通態測試)；將中間測試合格晶片1，裝在晶片定位環9中然後放置在下殼體內並蓋上陽極蓋8，所述的下殼體是由銅壓塊10和陶瓷環11燒接為一體，進行充氮氣下冷壓接封裝；封裝後管子厚度5.5士0.5mm。
封裝後的管子，經過斷態和通態測試(包括反向耐壓、高溫漏電、通態峰值電壓、門檻電壓、斜率電阻以及浪湧電流電壓測試)以及雪崩條件測試。測試合格後，匹配、分組、包裝入庫。
實施例3
如圖所示，該電焊機專用雪崩整流二極體是由管殼、晶片1構成，所述的晶片l包括基區N，擴磷區N+和擴硼區P+以及陰、陽極鈦-鎳-金(或鈦-鎳-銀)歐姆接觸2、 3，鈦:鎳:金(或鈦鎳銀)厚度分別為0.2ym:0.5ym:0. lym，管子厚度5. 5±0. 5mmmm。晶片1採用為N型(100)徑向低阻單晶矽片，電阻率pn為5 10Q-cm，直徑為①70mm、厚度O. 18±0. Olmm。擴磷區N+和擴硼區P+為雙面一次擴散形成。
該電焊機專用雪崩整流二極體的製造方法為採用N型(100)徑向低阻單晶矽片101，所述的單晶矽片101直徑為70mm，厚度O. 18±0. Olmm，電阻率p n為5 10 Q-cm。清洗後，擺放在矽舟4上，在相鄰的單晶矽片101之間交替放置N+、 P+紙源5，在矽舟4兩端放置矽襯墊6，通過置於矽舟4一端的彈簧7將單晶矽片101和紙源5壓緊後推入擴散爐中；當矽舟4溫度至390 41(TC時，紙源片5燃燒並在彈簧7的作用使矽片101被壓得更緊，將矽舟4從擴散爐拉到爐口，取下彈簧7，(此時矽舟4內的矽片101連同兩端的矽襯墊6被更緊緊的壓接在一起)， 將矽舟4再次推入擴散爐中恆溫區在125(TC下進行雙面一次擴散。
擴散片檢測P+區表面濃度0. 04 0. 06mV/mA，結深XjP為78 82 y m; N+區表面濃度0. 06 0. 08mV/mA，結深XjN為58 62 y m;基區殘餘少子壽命t p為9 13 y S.
擴散片經噴砂、清洗、脫水烘乾後進行電子束多層金屬化蒸發，實現陰、陽極鈦-鎳-金 (或鈦-鎳-銀)歐姆接觸，蒸鍍層鈦:鎳:金(或鈦:鎳:銀)厚度分別為0. 2 y m:O. 5 y m:O. 1 y m。
陰極臺面噴砂造型角度45 55G，經腐蝕、清洗、聚醯亞胺鈍化保護後，進行中間測試( 包括反向耐壓、高溫漏電、通態峰值電壓、門檻電壓、斜率電阻以及浪湧電流電壓)；將中 間測試合格晶片l，裝在晶片定位環9中然後放置在下殼體內並蓋上陽極蓋8，所述的下殼體是 由銅壓塊10和陶瓷環11焊接為一體，進行充氮氣下冷壓接封裝；封裝後管子厚度5. 5±0. 5mm
封裝後的管子，經過常規測試和雪崩條件測試。測試合格後，匹配、分組、包裝入庫。
權利要求
1.一種16000A/200～400V電焊機專用雪崩整流二極體，由管殼、晶片構成，所述的晶片包括基區N、擴磷區N+和擴硼區P+以及陰、陽極歐姆接觸，其特徵是所述的晶片採用N型(100)徑向低阻單晶矽片，所述的單晶矽片電阻率ρn為5～10Ω-cm、直徑為70mm、厚度0.17～0.19mm，且管子厚度為5～mm，擴磷區N+和擴硼區P+為雙面一次擴散形成，陰、陽極歐姆接觸為鈦-鎳-金或鈦-鎳-銀。
2 一種電焊機專用雪崩整流二極體的製造方法，其特徵是採用電阻率Pn為5 10Q-cm、直徑為70mm、厚度O. 17 0. 19mm的N型(100)徑向低阻單晶矽片；矽片擴散，在125(TC下進行雙面一次擴散；擴散片檢測，P+區表面濃度0. 04 0. 06mV/mA，結深XjP為78 82) y m; N+區表面濃度0. 06 0. 08mV/mA，結深XjN為58 62 y m，基區殘餘少子壽命t p為9 13 y S;擴散片經噴砂、清洗、脫水烘乾後進行電子束多層金屬化蒸發，實現陰、陽極鈦-鎳-金歐姆接觸；臺面噴砂造型，經腐蝕、清洗、聚醯亞胺鈍化保護後，中間測試；將中間測試合格晶片，裝入管殼內，進行充氮氣下冷壓接封裝，封裝後管子厚度5 6mm
3 根據權利要求2所述的16000A/200 400 V電焊機專用雪崩整流二極體的製造方法，其特徵是在矽片擴散時先將矽片清洗後擺放在矽舟上，在相鄰的單晶矽片之間交替放置N+、 P+紙源片，在矽舟兩端放置矽襯墊，經矽舟一端置放的彈簧將單晶矽片和紙源片壓緊後推入擴散爐中；當矽舟溫度至390-41(TC時，紙源片燃燒並使矽片被壓得更緊，將矽舟從擴散爐中拉到爐口，小心取下彈簧，將矽舟再次推入擴散爐中恆溫區在125(TC下進行高溫擴散。
4 根據權利要求2所述的電焊機專用雪崩整流二極體的製造方法，其特徵是所述的鈦鎳金或鈦鎳銀厚度分別為0. 2 u m: 0. 5 u m: 0. 1 u m。
5 根據權利要求2所述的電焊機專用雪崩整流二極體的製造方法，其特徵是陰極臺面噴砂造型角度為45 55。。
全文摘要
一種16000A/200～400V電焊機專用雪崩整流二極體及其製造方法，解決了單只電焊機專用整流二極體容量小、器件使用中需要並聯均流的矛盾。採用電阻率ρn為5～10Ω-cm、直徑為70mm、厚度0.17～0.19mm的N型(100)徑向單晶矽片；在1250℃下進行雙面一次擴散；擴散區表面濃區表面濃度0.06～nA，結深XjP為58～62μm，基區殘餘少子壽命τp為9～13μS；陰、陽極鈦-鎳-金歐姆接觸；陰極臺面噴砂造型、腐蝕、清洗、鈍化保護，中間測試；裝殼，管子厚度5～6mm，氮氣保護下冷壓焊封裝，封裝後管子厚度5～6mm。其電流擴展能力更強、容量更大、質量更好、可靠性更高，使用成本更低。
文檔編號H01L21/02GK101582455SQ20091030395
公開日2009年11月18日 申請日期2009年7月2日 優先權日2009年7月2日
發明者夏吉夫, 峰 潘, 潘福泉, 郭永亮 申請人:錦州市雙合電器有限公司