提高超快恢复二极管电参数成品率的工艺改进.docx

提高超快恢复二极管电参数成品率的工艺改进摘要：本篇论文着力解决困扰我厂多年的超快恢复二极管的电参数成品率的问题，通过分析快恢复二极管工作原理并结合我厂实际生产工艺，选取比原工艺电阻率高的N型单晶硅片，采用多次深结磷扩散工艺实现穿通型结构设计；调整硅片减薄厚度，降低了器件的体压降；对铂扩散工艺引入符合中心进行工艺优化，通过降低铂扩散温度和铂扩散时间的方式，获得了最优的VF-trr特性，折衷了器件正向压降VF与反向恢复时间trr参数指标的矛盾，提高了超快恢复二极管2CZ5806的电参数合格率，并优化一系列制造工艺，提高了超快恢复二极管的成品率及可靠性，新的工艺方案可运用我厂其他超快恢复二极管的制造工艺中。关键词：超快恢复二极管铂扩散穿通型 SILVACO1 引言随着电力电子技术向高频化、低功耗、模块化方向发展，快恢复二极管作为一种高频器件也得到蓬勃发展，在现代电力电子线路装置中，快恢复二极管除了具有高频整流的基本功能之外，还被广泛用于各种高频逆变装置和斩波调速装置内，起到高频整流、续流、吸收、隔离和箝位的作用，这对发展我国高频逆变焊机、高频开关型电镀电源、高频高效开关电源、高频快速充电电源、高频变频装置及功率因数校正装置等将起到推动作用。快恢复二极管除了电压、电流的指标外，其反向恢复特性成为主要被关注的参数。近年来，随着电力电子技术的不断发展，各种变频电路、斩波电路的应用不断扩大，这些电力电子电路中的主回路不论是采用换流关断的晶闸管，还是采用有自关断能力的新型电力电子器件，如GTO、MCT、IGBT等，都需要一个与之并联的快恢复二极管，以通过负载中的无功电流，减小电容的充电时间，同时抑制因负载电流瞬时反向而感应的高电压。由于这些电力电子器件的频率和性能不断提高，为了与其关断过程相匹配，使用的二极管必须具有快速开通和高速关断能力，即具有短的反向恢复时间trr，较小的反向恢复电流IRRM和软恢复特性。随着快恢复二极管市场需求的不断增大，国内很多半导体公司致力于开发快速二极管系列产品。为了获取高压、高频、低损耗功率二极管，目前研究人员正在两个方向进行探索。一是采用新材料新结构研制新型功率二极管，二是沿用成熟的硅基器件工艺，通过合理的器件结构设计来改善快恢复二极管中导通损耗与开关频率间的矛盾关系，本文通过结合我厂现有工艺技术，对超快恢复二极管2CZ5806的制造工艺进行了调整，提高了器件的成品率及可靠性，通过进行一系列工艺验证，该工艺方案可运用于我厂其他超快恢复二极管的制造中。2 器件参数指标及生产情况介绍我厂超快恢复二极管2CZ5806，产品采用玻璃钝化实体封装结构，2CZ5806具有反向恢复时间快，正向压降小，常温、高温漏电流低的特点，主要电参数指标见表1和表2，外型尺寸见图1。参数型号反向不重复峰值电压VRSM反向工作峰值电压VRWM整流输出平均电流IF(AV)a正向不重复浪涌电流IFSM工作结温Tj贮存温度TstgVVAA℃℃2CZ58061851502.330-55～150-55～150试验条件TL≤40℃tP=10msTA=25℃a　TL＞40℃时，按54.5mA/℃线性降额。表1.最大额定值参数名称符号测试条件规范值单位最小最大反向电流IR1VR=VRWM—3μAIR2VR=VRWM TA=100℃—50μA正向电压VFaIF=1A—0.875V反向恢复时间trrIF=50mA VR=10V RL=75Ω—25nsa脉冲法：脉宽300μs，占空比≤2%。表2.电特性（TA=25℃，除非另有规定）单位为毫米符号D2-10AminnommaxΦb20.72—0.87ΦD——3.5G——5.0L25——图1 外形尺寸由于器件电参数性能优越，同时采用玻璃钝化封装结构，可靠性较高，2CZ5806产品每年市场需求巨大，但众所周知，器件的反向工作电压VRWM、反向恢复时间trr、正向压降VF是相互矛盾的，单一参数的优越性能必然会导致其他参数指标无法折衷，而对于属于超快恢复二极管的2CZ5806而言，由于其正向压降（VF≤0.875V）和反向恢复时间（trr≤25ns）参数指标均要求较为严格，同时器件采用的玻璃钝化实体封装结构，该结构下的焊接材料铝作为三价元素在烧焊过程中对N+杂质的补偿作用又使器件在实现正向压降VF指标方面增加了难度。因此在多年的生产制造中，该产品的产品兼容性一直较差，成品率极较低，虽然近几年我们对超快恢复二极管的制造工艺有了一定突破，但是在解决该产品的参数兼容性方面仍未获得较为明显的改善，产品的一直处于供货困难的状态。下表是我们抽取10只投料的2CZ5806产品电参数测试情况：测试项目测试数据VFIF=1A（V）IR1VR=150V（μA）trrIF=50mA、VR=10VRL=75Ω（ns）10.