16000A/200～400V电焊机专用雪崩整流二极管及其制造方法

摘要

一种16000A/200～400V电焊机专用雪崩整流二极管及其制造方法，解决了单只电焊机专用整流二极管容量小、器件使用中需要并联均流的矛盾。采用电阻率ρn为5～10Ω－cm、直径为70mm、厚度0.17～0.19mm的N型(100)径向单晶硅片；在1250℃下进行双面一次扩散；扩散区表面浓区表面浓度0.06～nA，结深XjP为58～62μm，基区残余少子寿命τp为9～13μS；阴、阳极钛－镍－金欧姆接触；阴极台面喷砂造型、腐蚀、清洗、钝化保护，中间测试；装壳，管子厚度5～6mm，氮气保护下冷压焊封装，封装后管子厚度5～6mm。其电流扩展能力更强、容量更大、质量更好、可靠性更高，使用成本更低。

说明书

技术领域

本发明涉及一种功率半导体器件，特别涉及一种16000A/200～400V电焊机专用雪崩整流二极管及其制造方法。

背景技术

目前，焊机用整流二极管主要国外生产的硅片直径Φ63mm/13500A/200～400V整流二极管以及国内生产的硅片直径Φ48mm/7000A/200～400V整流二极管。他们的制造方法为采用N型(111)径向低阻单晶，先进行双面扩散，然后磨去一面，再进行一次单面扩散。随硅片直径的增大变形越来越严重，不仅硅片直径大不了，而且厚度更不能薄，63mm、直径0.21mm厚度、13500A容量已属很不容易，如再通过减薄片厚、增加直径来提升电流容量，将造成成品率低下。

由于焊机用电源瞬间电流几万~几十万安培，甚至更大，焊机中的整流器件采用多只(如六只或八只)整流二极管并联，使用成本高，每只管电流分布不均，易造成管子损坏，采用均流措施又使成本增加。

发明内容

本发明的目的是要解决现有单只电焊机专用整流二极管容量小、器件使用中需要并联均流的矛盾，在原有13500A/200～400V焊机专用整流二极管的基础上，提供一种电流扩展能力更强、容量更大、质量更好、可靠性更高，使用成本更低的16000A/200～400V电焊机专用雪崩整流二极管及其制造方法。

本发明的技术解决方案是：

该16000A/200～400V电焊机专用雪崩整流二极管是由管壳、芯片构成，所述的芯片包括基区N、扩磷区N⁺和扩硼区P⁺以及阴、阳极欧姆接触，其特殊之处是：所述的芯片采用N型(100)径向低阻单晶硅片，所述的单晶硅片电阻率ρn为5～10Ω-cm、直径为70mm、厚度0.17～0.19mm，且管子厚度为5～6mm，扩磷区N⁺和扩硼区P⁺为双面一次扩散形成，阴、阳极欧姆接触为钛-镍-金或钛-镍-银。

该电焊机专用雪崩整流二极管的制造方法为：

采用电阻率ρn为5～10Ω-cm、直径为70mm、厚度0.17～0.19mm的N型(100)径向低阻单晶硅片；

硅片扩散，在1250℃下进行双面一次扩散；

扩散片检测，P⁺区表面浓度0.04～0.06mV/mA，结深X_jP为78～82)μm；N⁺区表面浓度0.06～0.08mV/mA，结深X_jN为58～62μm；基区残余少子寿命τp为9～13μS；

扩散片经喷砂、清洗、脱水烘干后进行电子束多层金属化蒸发，实现阴、阳极钛-镍-金欧姆接触；台面喷砂造型，经腐蚀、清洗、聚酰亚胺钝化保护后，中间测试；

将中间测试合格芯片，装入管壳内，进行充氮气下冷压接封装，封装后管子厚度5～6mm。

上述的16000A/200～400V电焊机专用雪崩整流二极管的制造方法，在硅片扩散时先将硅片清洗后摆放在硅舟上，在相邻的单晶硅片之间交替放置N⁺、P⁺纸源片，在硅舟两端放置硅衬垫，经硅舟一端置放的弹簧将单晶硅片和纸源片压紧后推入扩散炉中；当硅舟温度至390-410℃时，纸源片燃烧并使硅片被压得更紧，将硅舟从扩散炉中拉到炉口，小心取下弹簧，将硅舟再次推入扩散炉中恒温区在1250℃下进行高温扩散。

上述的电焊机专用雪崩整流二极管的制造方法，所述的钛∶镍∶金或钛∶镍∶银厚度分别为0.2μm∶0.5μm∶0.1μm。

上述的电焊机专用雪崩整流二极管的制造方法，阴极台面喷砂造型角度为45～55°，以满足雪崩特性要求。

本发明的优点是：

1、由于采用N型(100)径向低阻单晶硅片，提高电流扩展能力30％；

2、采用直径Φ70mm、厚度0.18±0.01mm单晶硅片，通过双面一次同时扩散以及置于硅舟一端弹簧经硅垫的压紧措施，保证了扩散后硅片不变形，从而提升了大电流容量、降低了功耗。

3、通过降低成品管厚度至5.5±0.5mm，提高瞬间散热能力，满足焊机要求。

4、通过优化的N-PT(非穿通)雪崩结构，且无上下热补偿片栴馄 约把细竦难啦馐蕴跫    繁F骷  唤鲇薪细叩恼  蚶擞康缌？IFSM≥1×10⁵A/10ms)能力，且有很高的反向浪涌电流(IRSM≥1×10⁴A/2ms)能力。

5、阴、阳极钛-镍-金欧姆接触，且各层厚度科学优化，确保器件长时间工作的可靠性。

附图说明

图1是本发明的内部结构图；

图2是本发明的装配结构总装图；

图3是本发明的扩散片摆放结构示意图；

图4本发明的石英舟结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图所示，该电焊机专用雪崩整流二极管是由管壳、芯片1构成，所述的芯片1包括基区N，扩磷区N⁺和扩硼区P⁺以及阴、阳极钛-镍-金(或钛-镍-银)欧姆接触2、3，蒸镀层钛∶镍∶金(或钛∶镍∶银)厚度分别为0.2μm∶0.5μm∶0.1μm，管子厚度5.5±0.5mm。芯片1采用N型(100)径向低阻单晶硅片，电阻率ρn为5～10Ω-cm、直径为Φ70mm、厚度0.18±0.01mm，扩磷区N⁺和扩硼区P⁺为双面一次扩散形成。

该电焊机专用雪崩整流二极管的制造方法为：采用N型(100)径向低阻单晶硅片101，所述的单晶硅片101直径为70mm，厚度0.18±0.01mm，电阻率ρn为5～10Ω-cm。清洗后，摆放在硅舟4上，在相邻的单晶硅片1之间交替放置N⁺、P⁺纸源片5，在硅舟4两端放置硅衬垫6，通过置于硅舟4一端的弹簧7将单晶硅片1和纸源片5压紧后推入扩散炉中；当硅舟4温度至390～410℃时，纸源片5燃烧并在弹簧7的作用使硅片101被压得更紧，将硅舟4从扩散炉拉到炉口，取下弹簧7，(此时硅舟4内的硅片101连同两端的硅衬垫6被更紧的压接在一起)，将硅舟4再次推入扩散炉中恒温区在1250℃下进行双面一次扩散。

扩散片检测：P⁺区表面浓度0.04～0.06mV/mA，结深X_jP为78～82μm；N⁺区表面浓度0.06～0.08mV/mA，结深X_jN为58～62μm；基区残余少子寿命τp为9～13μS。

扩散片经喷砂、清洗、脱水烘干后进行电子束多层金属化蒸发，实现阴、阳极钛-镍-金(或钛-镍-银)欧姆接触，蒸镀层钛∶镍∶金(或钛∶镍∶银)厚度分别为：0.2μm∶0.5μm∶0.1μm。

阴极台面喷砂造型角度45～55°，经腐蚀、清洗、聚酰亚胺钝化保护后，进行中间测试(包括反向耐压、高温漏电、通态峰值电压、门槛电压、斜率电阻以及浪涌电流电压)；将中间测试合格芯片1，装在芯片定位环9中，然后放置在下壳体内并盖上阳极盖8，所述的下壳体是由铜压块10和陶瓷环11烧接为一体，进行充氮气下冷压接封装；封装后管子厚度5.5±0.5mm。

封装后的管子，经过高温断态、16000安培通态等常规测试和雪崩条件测试。测试合格后，匹配、分组、包装入库。

实施例2

如图所示，该电焊机专用雪崩整流二极管是由管壳、芯片1构成，所述的芯片1包括基区N，扩磷区N+和扩硼区P+以及阴、阳极钛-镍-金(或钛-镍-银)欧姆接触2、3，钛∶镍∶金(或钛∶镍∶银)厚度分别为：0.2μm∶0.5μm∶0.1μm，管子厚度5.5±0.5mm。芯片1采用N型(100)径向低阻单晶硅片，电阻率ρn为5～10Ω-cm，直径为70mm、厚度0.18±0.01mm，扩磷区N⁺和扩硼区P⁺为双面一次扩散形成。

该电焊机专用雪崩整流二极管的制造方法为：采用N型(100)径向低阻单晶硅片101，所述的单晶硅片101直径为70mm，厚度0.18±0.01mm，电阻率ρn为5～10Ω-cm。清洗后，摆放在硅舟4上，在相邻的单晶硅片1之间交替放置N⁺、P⁺纸源片5，在硅舟4两端放置硅衬垫6，通过置于硅舟4一端的弹簧7将单晶硅片101和纸源片5压紧后推入扩散炉中；当硅舟4温度至390～410℃时，纸源片5燃烧并在弹簧7的作用使硅片101被压得更紧，将硅舟4从扩散炉拉到炉口，取下弹簧7，(此时硅舟4内的硅片101连同两端的硅衬垫6被更紧的压接在一起)，将硅舟4再次推入扩散炉中恒温区在1250℃下进行双面一次扩散。

扩散片检测：P⁺区表面浓度0.04～0.06mV/mA，结深X_jP为78～82μm；N⁺区表面浓度0.06～0.08mV/mA，结深X_jN为58～62μm；基区残余少子寿命τp为9～13μS。

扩散片经喷砂、清洗、脱水烘干后进行电子束多层金属化蒸发，蒸镀层钛∶镍∶金(或钛∶镍∶银)厚度为：0.2μm∶0.5μm∶0.1μm。

阴极台面喷砂造型角度θ为45～55°，经腐蚀、清洗、聚酰亚胺钝化保护后，进行中间测试(包括断态、通态测试)；将中间测试合格芯片1，装在芯片定位环9中然后放置在下壳体内并盖上阳极盖8，所述的下壳体是由铜压块10和陶瓷环11烧接为一体，进行充氮气下冷压接封装；封装后管子厚度5.5±0.5mm。

封装后的管子，经过断态和通态测试(包括反向耐压、高温漏电、通态峰值电压、门槛电压、斜率电阻以及浪涌电流电压测试)以及雪崩条件测试。测试合格后，匹配、分组、包装入库。

实施例3

如图所示，该电焊机专用雪崩整流二极管是由管壳、芯片1构成，所述的芯片1包括基区N，扩磷区N⁺和扩硼区P⁺以及阴、阳极钛-镍-金(或钛-镍-银)欧姆接触2、3，钛∶镍∶金(或钛∶镍∶银)厚度分别为0.2μm∶0.5μm∶0.1μm，管子厚度5.5±0.5mmmm。芯片1采用为N型(100)径向低阻单晶硅片，电阻率ρn为5～10Ω-cm，直径为Φ70mm、厚度0.18±0.01mm。扩磷区N⁺和扩硼区P⁺为双面一次扩散形成。

该电焊机专用雪崩整流二极管的制造方法为：采用N型(100)径向低阻单晶硅片101，所述的单晶硅片101直径为70mm，厚度0.18±0.01mm，电阻率ρn为5～10Ω-cm。清洗后，摆放在硅舟4上，在相邻的单晶硅片101之间交替放置N⁺、P⁺纸源5，在硅舟4两端放置硅衬垫6，通过置于硅舟4一端的弹簧7将单晶硅片101和纸源5压紧后推入扩散炉中；当硅舟4温度至390～410℃时，纸源片5燃烧并在弹簧7的作用使硅片101被压得更紧，将硅舟4从扩散炉拉到炉口，取下弹簧7，(此时硅舟4内的硅片101连同两端的硅衬垫6被更紧紧的压接在一起)，将硅舟4再次推入扩散炉中恒温区在1250℃下进行双面一次扩散。

扩散片检测：P⁺区表面浓度0.04～0.06mV/mA，结深X_jP为78～82μm；N⁺区表面浓度0.06～0.08mV/mA，结深X_jN为58～62μm；基区残余少子寿命τp为9～13μS.

扩散片经喷砂、清洗、脱水烘干后进行电子束多层金属化蒸发，实现阴、阳极钛-镍-金(或钛-镍-银)欧姆接触，蒸镀层钛∶镍∶金(或钛∶镍∶银)厚度分别为0.2μm∶0.5μm∶0.1μm。

阴极台面喷砂造型角度45～55°，经腐蚀、清洗、聚酰亚胺钝化保护后，进行中间测试(包括反向耐压、高温漏电、通态峰值电压、门槛电压、斜率电阻以及浪涌电流电压)；将中间测试合格芯片1，装在芯片定位环9中然后放置在下壳体内并盖上阳极盖8，所述的下壳体是由铜压块10和陶瓷环11焊接为一体，进行充氮气下冷压接封装；封装后管子厚度5.5±0.5mm。

封装后的管子，经过常规测试和雪崩条件测试。测试合格后，匹配、分组、包装入库。