| 标题 | 大功率防雷击二极管产品工艺研究 |
| 范文 | 胡忠
摘 要：防雷击二极管是一种高效能的电路保护器件，具有体积小、响应快、瞬间吸收功率大、无噪声等优点，在国外已广泛应用到家用电器、电子仪器、精密设备、自动控制系统等各个领域，本文将对大功率防雷击二极管产品的工艺进行研究。 关键词：防雷击；大功率；烧焊空洞；热匹配 0 引言 大功率防雷击二极管在国外大都采用塑料封装结构，这种结构的主要问题是可靠性不是特别高，使用环境受到一定的限制，而本方案采用的金属封装结构，则是全密封封装结构，内部结构设计更合理，具有更高的可靠性型。 1 实际大功率和防雷击需要解决的问题 要实现产品同时具有大功率和防雷击两大功能，必须解决三项关键技术问题：（1）大功率防雷击二极管二极管管芯制造技术；（2）大面积PN结台面造型和钝化技术；（3）解决无空洞焊接技术难题，降低热阻、提高瞬态功率。并通过采用新型的电极材料，从而使产品具备大功率和防雷击功能。 2 解决措施 研制大功率防雷击二极管所需要的材料有：制作管芯的硅片、铜引线、管座、铜片、焊片、管帽、上引线，针对产品的特点，重点解决以下三项关键技术问题，使生产线能够具备大功率防雷击二极管产品组装工艺技术。 （一）大功率硅瞬态电压抑制二极管管芯制造技术 在芯片单位面积一定时，要提高产品的瞬态脉冲功率，必须解决PN结结面的平整性和均匀性问题，工厂将通过严格控制原材料质量、采用恰当的扩散方法来解决这一问题，从而提高管芯的抗浪涌能力。 （二）攻克大面积PN结台面造型技术 对于大功率防雷击二极管来说，PN结台面选型的好坏以及PN结台面的钝化效果都将严重影响器件的瞬态脉冲功率，可采用吹砂成型技术和酸、碱腐蚀工艺来解决PN结台面选型。 （三）解决无空洞焊接技术难题，降低热阻、提高瞬态功率 焊接质量的好坏，对硅瞬态电压抑制二极管瞬态功率的影响非常大，可通过提高管芯背面金属化层质量、优化烧焊炉炉温、调整烧焊保护气体等措施，达到全面解决无空洞焊接的技术难题，进一步降低热阻，提高瞬态脉冲功率。 （四）主要研究研究内容得出的结论 （1）针对PN结结面的平整性和均匀性以及提高抗浪涌能力的问题，我们在PN结制造上采用纸源扩散代替原有的涂源扩散，在材料的选择上采用热传导性能更好的钼铜合金作为与管芯接触的电极材料。 （2）如图所示面积由高浓度侧向低浓度侧方向减少的磨角，称正斜角。正斜角使表面空间电荷区向上弯曲，由于低掺杂区的弯曲程度上大于高掺杂区，因此表面空间电荷区变宽，表面电场强度下降。 正斜角的特点：①最大电场强度值随倾斜角减小而单调下降。②即使是90°的斜角（不磨角），表面最大电场强度始终低于体内最大电场强度。③最大电场强度的位置随斜角减小而远离PN结。 对于大功率瞬态电压抑制二极管我们所希望的芯片造型为正斜角造型，使PN结击穿尽可能发生于体内，提高器件承受瞬态脉冲功率能力和可靠性。 （3）烧焊工艺效果的优劣取决于浸润程度，即熔融的焊料在焊接表面的流动扩散情况。在烧焊过程中会有大量的气体产生：焊料中的焊剂挥发产生的气体、装架时裹带的空气和焊料熔化时产生的气体。如果这些气体不能排放出去，就会存在于熔化的焊料层中，影响焊料在焊接表面的流动扩散。当焊料冷却时就形成了空洞。如图2所示。A类空洞会使通过芯片的电流不均匀，容易形成局部"热斑"；B类和C类空洞降低了焊料层的导热能力。 对于图2所示的A类空洞，我们对芯片双面进行多元金属化，管芯表面金属化每层的厚度和蒸发质量是降低热阻的关键，在工艺实施过程中通过严格控制蒸发设备的真空度和蒸发源材料的质量，提高多元金属化层的质量，从而提高焊接质量、降低接触电阻，解决此类空洞问题。 对于如图2所示的B类和C类空洞，在烧焊工艺中通过选用质量等级高的焊料及助焊剂，采用合适的烧焊保护气体，采用高精度的低温烧结炉精确的控制升、降温曲线，使焊料中残存的气体充分得到释放，尽可能减少管芯、焊料、底座之间的空洞，保证管芯与底座粘结良好，最大限度地增加了管芯与底座之间的接触面积。 通过采用以上方法对烧焊工艺调整，烧焊空洞有了大幅度的好转，使空洞率控制在了5%以内，为产品实现大功率提供了保障。 3 结语 要实现产品具有大功率和防雷击功能，须做到：（1）将管芯结构成型为梯形台面，减弱管芯的表面电场使管芯的击穿效应发生在体内，从而提高产品的可靠性。（2）采用与管芯热膨胀系数相近的合金片替代铜片作为管芯与底座间的过度电极片，因为铜材料与管芯热膨胀系数相差较大，承受多次环境突变的冲击后会将管芯拉裂。 参考文献： [1]吴涛.镍离子对聚苯胺性能的影响[J].工程塑料应用，2010（07）. [2]赵英伟，庞克俭.Kelvin四线连接电阻测试技术及应用[J].半导体技术，2005（11）. |
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