浅析3W、5W系列合金型玻璃钝化封装二极管抗温度循环能力

摘 要：合金工艺在低稳定电压二极管的生产中获得了广泛的应用，但是，其抗温度循环能力较差，本文通过分析影响合金型二极管抗温度循环能力差的原因，并通过工艺调整，提高合金型二极管抗温度循环能力。

关键词：热匹配；腐蚀清洗；高温成型

0 引言

玻璃钝化封装3W、5W系列合金型二极管的结构为硅铝合金片+N型硅片+蒸铝层，硅铝合金片充当P型杂质，与N型硅片在烧焊的过程中形成PN结，但是，由于其采用的是玻璃钝化兼实体封装，硅铝合金片与硅、电极以及钝化玻璃的热匹配问题，当温度循环能试验条件要求严酷了以后，使得其质量和可靠性出现了问题。因此，需要对其结构和工艺进行调整，提高其抗温度循环能力。

1 影响合金型二极管抗温度循环能力的原因分析

3W、5W系列合金型二极管包括6个型号。在生产中，我们发现合金工艺制作的二极管，在温度循环筛选条件严酷了之后（由：-55℃125℃，5次，提高到：-55℃175℃，25次），其淘汰率偏高，且出现管体断裂和裂纹现象，其他工艺制作（外延工艺、扩散工艺）的产品却未出现地过类似的现象。而小功率的合金型二极管（1W以下）也没有出现过类似现象。经过分析，导致其温度循环（-55℃175℃，25次）淘汰率偏高，且有管体断裂和裂纹现象的主要原因是：3W、5W系列合金型二极管由于其管芯结构与钼电极、钝化玻璃热匹配不良造成的。

2 解决措施

我们随机抽取3批产品各分出1000只进行2种温度循环条件试验（-55℃125℃，5次；-55℃175℃，25次），并对这批产品进行失效模式进行统计（-55℃125℃，5次，反向漏电流超规范的分别有12只、15只、9只，无玻璃球体有裂纹和断裂的产品；-55℃175℃，25次，反向漏电流超规范的分别有123只、102只、116只，玻璃球体有裂纹和断裂分别有68只、74只、67只），以寻求解决办法。

针对上述可能的原因，我们准备采用以下解决措施：

1） 调整管芯尺寸，以减小因热胀冷缩引起的芯片体积变化量|V|。

2） 对腐蚀清洗工序进行调整，去除溢出至管芯台面的铝和对铝层进行适当的缩减。

2.1 芯片面积的选择

现有的3W、5W合金型二极管的管芯尺寸（Φ3）由于热匹配不良，只能适应-55℃125℃， 5次，而不能满足-55℃175℃，25次温度循环的质量需求，那么，多大的管芯尺寸才能满足其质量要求呢？

（1）满足功率的管芯面积

器件能承受功率的大小是由管芯尺寸的大小和管芯结构来决定的。但是由于芯片上温度分布并不是十分均匀，我们采用我厂的经验数据来确定管芯面积，我公司封装形式、管芯相同结构的1W产品，其芯片尺寸为：Φ1.5mm，那么3W、5W合金型二极管管芯尺寸至少应大于Φ1.5 mm。

（2）满足热匹配的管芯面积

采用我公司制作的玻璃钝化封装硅双向瞬态电压抑制二极管的经验，其为两颗管芯（管芯尺寸：Φ3.5mm，芯片内部结构：蒸铝层+管芯+蒸铝层+钼片+蒸铝层+管芯+蒸铝层）背靠背中间加一颗钼连接片。

设V■为玻璃钝化封装硅双向瞬态电压抑制二极管管芯中铝材料的总体积，？字、V■分别为3W、5W合金型二极管管芯中铝的直径和铝的总体积，则有：

V■=4×d■？滋m×3.14×■mm■≈0.182～0.224mm■（蒸铝层厚度为13～16？滋m）

V■=d■+d■？滋m×■mm■

要求：V■≤V■（蒸铝层厚度为13～16μm）

所以，管芯尺寸应小于Φ2.6mm。

在同时满足功率和热匹配的情况下，又便于零件的加工和工艺生产，选择3W、5W合金型二极管管芯尺寸为Φ2.3mm。

2.2 腐蚀工艺调整

我们通常采用酸、碱相结合的方式，先酸腐蚀一定时间，以去掉在生产过程中管芯表面生成的氧化层，再用碱的水溶液进行缩铝腐蚀，由于合金型二极管管芯内的铝层较厚，在高温烧焊过程中，容易溢出而粘附在管芯的台面周围，导致管芯两极相互连接而形成短路现象。

碱的水溶液的作用是去掉因高温溢出并粘附在管芯台面的铝，以得到光滑的台面造型，同时，对管芯进行缩铝，以达到与硅、钼电极、钝化玻璃的良好核匹配。在3W、5W合金型二极管管芯从原来的Φ3优化到Φ2.3后，我们对碱的溶液腐蚀作了相应的调整。由原来一定浓度的碱溶液腐蚀一次，调整浓度的碱溶液腐蚀两次，有效的控制了腐蚀工序单项合格率（合格率在98%以上）。

3 工艺调整后的效果确认

为了验证该项工艺调整成果的稳定性，我们采用此工艺连续进行了三个批次的投料生产，三个批次都达到了预期的效果，抗温度循环能力大大提升，且没有一只玻璃球体有裂纹和断裂的现象发生。

4 结论

提高3W、5W合金型二极管温度循环能力工艺调整的各项措施，是在目前现有的设备及工艺基础上最直接、有效途径。通过对部分工艺的调整，有效提高了3W、5W合金型二极管温度循环能力抗温度循环能力，使产品的质量和可靠性，以及成品率得到了大幅度的提高。

参考文献：

[1]邓稚鹏. 微型玻璃二极管[J]. 电子技术，1965，01：9.

[2]玻璃半导体二极管的不稳定性[J]. 国外信息显示动态，1970，06：5-7.