[发明专利]镀涂环保材料的双铜质电极整流管芯片及镀涂工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种镀涂环保材料的双铜质电极整流管芯片的工艺结构设计，属半导体制造技术。 

背景技术

整流管芯片是电子元器件的基础单元产品，广泛应用于变流、冶金、汽车、发电、自动化控制及家用电器等领域，市场需求量很大。有行业调查资料表明，额定电流为3～100A的整流管芯片，目前我国年产销量约十亿只。随着经济的发展和自动化的普及，市场需求量还在以每年约10％的速度在递增。 

自上世纪九十年代以来，生产整流管芯片的工艺技术经多次改进提高，已基本趋于成熟。然而，进一步提高产品的质量，降低产品的生产成本，减小单位产品的资源、能源消耗和环境污染，仍是恒定不变的科技主题。 

现在市场上有双电极的整流管芯片的工艺结构，主要有二种形式，均有其优点和不足，分析如下： 

1，传统的铅面工艺结构

(约占国内市场份额的65％)。其结构特点是：中间部份采用具有整流特性的硅片，二边采用铅锡包裹的铁质金属或可伐合金电极，利用钎焊层将硅片和电极焊接在一起，其边缘部分采用绝缘胶保护。该结构的优点是：工艺成本较低。缺点是：由于铁质金属或可伐合金的导电和导热性能很差，影响了产品的导电和导热特性；更由于其必须用铅锡包裹，铅锡的配方比是95∶5，大量的重金属铅裸露在产品表面，对环境带来重大的污染隐患。2004年，欧盟就对含有六种环境污染物质的电子产品进行了封关，六种污染物中，重金属铅名列第三，这也是我国至今整流管芯片难以出口的主要原因。近年来，由于多次严重的环境污染血铅事故，我国对涉铅产品和涉铅行业，加大了整治力度，这种工艺结构的产品当属于关停范畴。 

2，镀银双铜质电极工艺结构

(约占国内市场份额的35％)。其结构特点是：中间部份采用具有整流特性的硅片，二边采用双面镀银的双铜质电极，利用钎焊层将硅片和电极焊接在一起，其边缘部分采用绝缘胶保护。该结构的优点是：产品导电导热性能优良。缺点是：由于使用了贵金属银为铜质电极的镀涂层，导致工艺成本很高，同等额定电流规格的产品生产成本比传统工艺产品高出40％；若量以亿计的产品全部使用金属银，将极大浪费稀有资源， 不利于人类持续发展；镀涂银层时，较多使用氰化物，属剧毒，治理困难，对环境有严重污染。该工艺结构自上世纪末从台湾传入大陆后，至今没有质的改进。由于成本原因，在大陆占的市场份额较少，但由于产成品本身符合环保要求，在欧美市场成为了首选产品。 

综上述，以上二种产品工艺结构都有其严重缺陷，如何取二者之长，补双方之短，研发出一种符合中国国情的产品工艺和结构，是该行业多年的期盼。 

发明内容

为了解决整流管芯片产品关于品质、成本、资源消耗、环境保护等诸多矛盾，本发明提出了使用镀涂环保材料的双铜质电极整流管芯片的工艺结构，可使上述矛盾得到很好的统一协调。这种工艺结构既具备传统铅面工艺结构产品的低生产成本，又兼有镀银双铜质电极产品的优良电热性能，且在产品生产中无环境污染，不耗用贵重金属，可誉为近二十年来国内外整流管芯片产品生产中的一次重大技术创新。 

产品的实体结构参照说明书附图1，由具有整流特性的硅片(1)、钎焊层(2)、铜质电极(3)、镀涂环保材料层(4)、绝缘保护胶(5)构成。 

整流芯片的硅片结构特征为，基区电阻率5～50欧姆厘米，厚度180～310微米，硅片内部具有一个扩散工艺形成的PN结，其P型和N型的接近表面20微米部分，分别用扩散工艺形成高浓度的P+和N+型杂质，以利减低通态压降，硅片的表面，镀涂有金属镍层，以有利与钎焊层形成良好的欧姆接触。 

以上所述硅片基区电阻率选择5～50欧姆厘米的依椐是，根据美国通用电器公司关于整流管芯片耐压与硅片电阻率的关系式：耐压＝94x电阻率(0.75次方)，电阻率为5～50欧姆厘米的硅片可制造出300～1800伏反向耐压的整流芯片，可以满足目前国内外整流管芯片95％的市场。 

以上所述硅片厚度选择180～310微米的依椐是，根椐整流管芯片中耗尽层宽度与电阻率的关系式：耗尽层宽度＝4.95x电阻率(0.875次方)，电阻率为5～50欧姆厘米的硅片，其对应耗尽层宽度为20～150微米，加上P和N型扩散层总厚度160微米，故硅片总厚度选为180～310微米。