關于一種整流二極管管芯的生產工藝的研究

高定健 薛明峰

摘 要 整流管也就是二極管，一般通過的電流較大。利用二極管單向導電性，可以把方向交替變化的交流電變換成單一方向的脈動直流電。整流二極管通常由管芯、引線和包覆層構成，其中具有相應功能作用是管芯，確切地說是PN結。目前行業內生產工藝均采用PN硅橡膠包覆前完成金屬件表面處理，蝕刻后鍍錫的方式較多，該方式可焊性和漏電流均較差，生產的異常概率較高。結合上訴問題和現有工藝研究，在現有方案上進行了優化，結合材料特性，調整生產流程，提升了材料的外觀和可焊性，有效保護了PN結降低了污染，提升了常溫和高溫漏電流。

關鍵詞 整流二極管;生產工藝;蝕刻;表面處理

本研究提供了一種整流二極管管芯的生產工藝，包括對管芯進行焊接、PN結蝕刻、清洗、PN結保、表面鍍金屬層處理、材料表面拋光護等。本研究的整流二極管管芯的生產工藝，通過調整拋光處理和鍍金屬層的順序，在拋光處理之后再鍍金屬層，可避免由于拋光處理力度過大帶來的露銅露鐵或鍍層不合格的問題，還可避免由于拋光力度過小帶來的可焊性差的問題。同時，白膠包裹后，有效保護了PN結。降低了在表面鍍金屬層環節，電鍍藥水及電鍍液對PN結污染，二極管芯常溫和高溫漏電流在同等測試條件下較低。

1二極管芯的工藝生產

在二極管芯生產過程中，先完成金屬件與PN結的真空焊接，焊接空洞X-ray測量需要小于2%，PN結與銅件焊接面邊緣不能有焊接空洞和縫隙。完成焊接后對材料進行清洗處理，主要是要去除焊接過程中使用的助焊劑及焊接后氧化物等雜質。待前處理完畢后，在進行PN結的蝕刻處理，先采用混合酸溶液（硝酸、氫氟酸、冰乙酸、硫酸混合液，質量比9∶9∶12∶4）去除晶粒在切割裂片的損傷層，同時將PN結蝕刻出酸洗角度，以便于電場展開。然后沖洗，沖洗后完成表面PN結表面鈍化（采用磷酸、過氧化氫、水的混合液，體積比1∶1∶2），主要是在蝕刻好的PN結表面形成二氧化硅，實現鈍化保護，最后再采用堿液（氨水和水體積比1∶4），以絡合所述酸洗后的管芯表面的雜質并使之形成水溶性絡合物。最后采用純水沖洗，先使用常溫的水電阻率至少為10MΩ·cm的純水沖洗一次，再使用溫度為60℃-80℃的水電阻率至少為10MΩ·cm的純水沖洗一次。其中，第一次純水沖洗可以將管芯表面的氨水沖洗掉，第二次沖洗可以進一步將管芯上殘余的氨水及絡合物清洗掉。完成后材料離心甩干。烘干后再進行PN結保護、金屬件表面的鍍層處理及表面拋光處理[1]。

2現行二極管生產工藝

甩干后表面處理，進行金屬件表面電鍍，表面為鍍錫處理，電鍍后對材料進行超聲波清洗，去除在電鍍流轉過程和鍍金屬層過程中的污染物，超聲后用熱水清洗，離心甩干并烘干水分，烘干后PN結邊緣采用硅橡膠進行包覆，要求PN結和硅橡膠結合位置不能有空洞產生，硅橡膠需要在110℃完成第一次固化，再在200℃完成二次固化，表面鍍層會在固化過程中出現氧化，在客戶使用中，存在引起焊接可焊性較差的風險。該工藝還存在PN結污染的風險，完成蝕刻的PN結在表面處理過程中易受到電鍍液和流轉過程環境的污染。在常溫和高溫情況下測試漏電流的標準差較大。高溫漏電流分布如下圖[2]：

現在工藝高溫IR測試分布圖

3改善后二極管工藝

材料甩干后進行烘干，烘干完成后，先對開放裸露的PN進行硅橡膠的包覆，同樣要求在白膠裹敷完畢后，PN結周邊不能有缺膠、氣孔，確認后，然后進行一次110℃固化和200℃的二次固化，固化完成后，進行拋光處理，主要針對裸銅在高溫烘烤中出現的銅材表面的金屬層氧化。將拋光好的材料送表面處理，進行金屬件鍍金屬層處理，實驗采用鍍錫處理方案。最后烘干。這樣工藝的調整，避免了錫在白膠高溫烘烤中出現的錫層表面氧化，保證了鍍層的厚度要求，改善了材料的外觀和自身可焊性。同時該工藝還避免了材料在流轉過程中PN結受污染的風險，主要避免了電鍍液和電鍍環境和PN結的直接接觸，保證了PN結在反向狀態下漏電量，有助于降低材料的常溫和高溫漏電流。材料的常溫和高溫漏電流標準差較現行工藝有了較大的改善，實驗高溫漏電流分布如下圖[3]：

改善工藝高溫IR測試分布圖

4結束語

結合上訴對比，總結對比樣本數據如下表：

通過上訴樣本數據對比看，在常溫和高溫反向漏電流的均值和標準差看，改善工藝較現有工藝有了較大的改善，尤其在高溫特性的均值和標準差上表現更為明顯。改善工藝有效地控制了現行工藝生產流程中PN結在表面金屬層處理時污染，降低了生產工藝對材料反向漏電流的影響，同批次原物料生產數據看，在常溫和高溫IR分布更加集中，一致性較好[4]。

參考文獻

[1] 揚州虹揚科技發展有限公司.黃銅管芯酸洗方法[P].中國：106245048A，2016-12-21.

[2] 揚州虹揚科技發展有限公司.一種銅基材處理液及預處理工藝[P].中國：109267127A，2019-01-25.

[3] GB/T4023-2015.半導體器件分立器件和集成電路第2部分：整流二極管[S].中國：中國標準出版社，2015.

[4] JB/T7624-2013.整流二極管測試方法[S].中國：中國標準出版社，2013.