一种晶闸管制造工艺的制作方法

1.本发明属于晶闸管制造技术领域，具体地说，涉及一种晶闸管制造工艺。


背景技术：

2.晶闸管是一种开关元件，能在高电压、大电流条件下工作，并且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中，是典型的小电流控制大电流的设备。晶闸管的制造工艺已经很成熟，但是其使用性能受到制造工艺的制约，晶闸管的铝—硅合金层因合金温度设定不合理容易出现脱铝的现象等，管芯烧结温度设定不合理也会出现表面裂纹的现象，产品的质量与耐用性不佳，为了优化制造工艺提供了一种晶闸管制造工艺。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供了一种晶闸管制造工艺。，解决了现有技术中的中制造工艺不合理的问题。
4.为了解决上述技术问题，本发明公开了一种晶闸管制造工艺，包括如下步骤：硅片套圆、硅片超砂、硅片清洗、一扩、氧化、一刻、扩磷、一蒸、烧结、倒角、管芯清洗、二蒸、二刻、合金、磨角、腐蚀保护、中测、封装以及测试；烧结工艺中的烧结炉温度控制需先将炉温升至350℃，继续慢升至680～700℃，用时60分钟，继续恒温40分钟，之后自然降温；合金工艺中的合金温度控制需要将炉温慢升至500℃用时范围30～35分钟，恒温20分钟，随后继续慢升至545℃，用时范围8～10分钟，恒温30～35分钟，之后自然降温。
5.进一步地，其上述一刻工艺包括硅片干燥处理、甩胶、前烘、曝光、显影、定影、坚膜、保护、腐蚀、去光刻胶以及硅片清洁处理。
6.进一步地，其上述倒角工艺中倒角角度的规定：φ30以上的管芯用32
°
球形磨角头，ksφ17、ksφ24、kpφ24以及kpφ26的管芯用30
°
球形磨角头，kp高压芯片用34
°
球形磨角头。
7.进一步地，其上述氧化工艺中氧化温度1200℃，氧化氧气流量干氧800ml/mi，湿氧500ml/mi，水浴温度95～98℃。
8.与现有技术相比，本技术可以获得包括以下技术效果：本发明重新调整了合金温度、烧结温度、氧化工艺以及倒角工艺，可以降低晶闸管制造的次品率，提高使用中的稳定性与耐用性。
9.当然，实施本技术的任一产品必不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
具体实施方式
10.以下将配合实施例来详细说明本技术的实施方式，借此对本技术如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
11.本发明公开了一种晶闸管制造工艺，包括如下步骤：
s1、硅片套圆：将硅片胶合在玻璃板上，按硅片直径将金刚砂刀片做成对应套刀，将套刀固定在钻床上缓慢降刀切下硅片，硅片清洗放入篮中；s2、硅片超砂:将套圆后的硅片放入超声波超洗缸内超洗，开始要勤换水，约15分钟换一次水，根据不同厂家硅片及对该片对扩散后少子寿命的要求，选择不同清洗工艺，如需浸泡氢氟酸则浸泡5～8分钟，去离子水冲洗后继续超洗，此时要勤换水，约10分钟一次，以免硅片腐蚀，继续超满所需的时间后，去砂己净，即可进行进一步清洁处理；s3、硅片清洗:将超砂清洁的硅片用镊子插于洁净的四氟清洗架上，放入烧杯待清洗；硅片去油：在烧杯内倒入配制好的1号洗液（h2o2:nh3:h2o=2:1：5），洗液液面高于硅片1cm，在腐蚀柜内的电炉上煮沸一次或二次（按工艺需要），每次约十分钟，用去离子水冲洗至中性，用1号洗液清洗后，用去离子水煮沸一次，冲洗后进行2号洗液清洗；硅片去金属离子：在烧杯内倒入配制好的2号洗液（h2o2:hcl:h2o=2:1：7），洗液液面高于硅片1cm，在腐蚀柜内的电炉上煮沸一次或二次（按工艺需要），每次约十分钟，用去离子水冲洗至中性，将硅片防红外线灯下烘干；s4、一扩:将清洗干净的硅片放进烘箱里，100℃烘2小时，石英管放在红外线灯下烘干，用镊子将硅片加入石英管里，按工艺要求的浓度在天平上秤取硅镓粉和铝粉，装入石英葫芦，然后将石英葫芦放在硅片上；将装有硅片和杂质源的石英管夹在支架上，用氢氧焰将石英帽与石英管烧在一起，将石英管帽口与真空系统抽气入口对接后烧在一起，开启真空泵对石英管抽真空，用氢氧焰枪对石英管第一次烘烤，半小时后（此时真空度一般达到5pa左右），用枪头对石英管进行第二次烘烤，抽到一个小时后（此时真空度一般达到5
×
10-2
pa），将石英管帽口与真空系统接头处烧融，取下石英管；将石英管放在弧形氧化铝板上，放在炉口预热5分钟以上，再分几次徐徐推入已升到温的恒温区里，将真空扩散炉炉口盖板用螺丝拧紧，开启真空泵对炉内抽真空，抽到真空表满刻度（0.1mpa）并继续抽15分钟以上；按工艺对结深的要求，在1250～1260℃下扩散一定的时间，最后当炉温降至300℃以下出炉，取出硅片；s5、氧化:扩散片清洗后烘干，插在硅舟上，氧化温度1200℃， 氧化流量干氧800ml/min，湿氧500ml/min，水浴温度95～98℃，先通氧气，待炉温升至氧化温度后，开始计算氧化时间，氧化时间顺序如下：干氧1小时-湿氧3小时-干氧1.5小时-湿氧3.5小时-干氧2小时；s6、一刻:将氧化后的硅片摆入干燥箱80℃下烘干60分钟以上，将甩胶模装在甩胶机上，用镊子夹住硅片放在甩胶模中，须放平稳，光刻面朝上，待相对湿度降到75%以下时，用滴管吸光刻胶，每片滴二三滴，根据甩胶厚度均匀性要求来确定甩胶机转速和甩胶时间，甩毕后将硅片平放在滤纸盒上，片与片不能重叠，然后作第二次甩胶准备；甩胶结束后将甩胶片移入烘箱内，前烘温度为90℃，烘60～90分钟；预先光刻胶版或玻璃版和胶木板或塑料板用透明胶带胶在一起，制成一个可以开闭自如，上下都可以曝光的柜子盒；将前烘过的硅片用内资摆入光刻掩模版内上下版对准，用胶带粘紧，放入晒版机进行上下曝光，曝光时间70～80秒左右，将曝光好的硅片插在石英架上移入密封操作箱内，将显影液、定影液、吸球、滤纸、空培养皿、镊子移入操作箱内；将显影液倒入两只烧杯中，定影液倒入另一只烧杯中，容量以浸没硅片为准，一次显影、两次显影分开进行，各为3～5分钟左右，定影为1～2分钟左右，以显影显清为准；把定影完的硅片移入烘箱内坚膜45分钟左右，温度为140～150℃，
检查硅片上的光刻胶的保护情况用黑胶进行补胶，黑胶不能太稀，待黑胶阴干后，即可腐蚀sio2膜，腐蚀液配制：nh4f:hf:h2o=6g:3ml:10ml，按比例配好的腐蚀液放在塑料瓶里，用超声波超洗，使之完全溶解，再放入水浴处加热，水浴温度为70℃～80℃，将硅片放入水浴中腐蚀，腐蚀时间以去净sio2膜为准；s7、扩磷:将烘干的硅片插入硅舟上，扩散炉预升温至1200℃，将装有硅片的硅舟放在炉口预热10～15分钟，再缓缓推入温区罩上磨口帽，通源，携带气体流量为1l/min，扩散结束后即按工艺要求降温，300℃以下关氧气，以防三氯氧磷分解的plc5高温时腐蚀硅片，待炉温降至200℃以下即可出炉；s8、一蒸:将镀膜机的蒸发钨丝上挂上铝条，硅片摆放在真空室衬底加热器上面的铝板上，被蒸面朝上，真空度达到5
×
10-3
pa时逐步加热蒸发源，使铝丝蒸发成圆滴，粘附在钨丝上，此时铝丝中的杂质先挥发掉，当铝丝全部化成圆滴后，电流加到一定值并立即移开挡板，铝便蒸发到蒸发物上；s9、烧结:材料：硅片、钼片、铝片、石墨粉；将处理好的硅片用镊子钳在干净的滤纸上，放在红外线灯下烘干；将腐蚀好的铝片经丙酮脱水两次后钳在滤纸上， 放在红外线下烘干，烘的时间尽量短，以免氧化，铝片应不氧化、缺角、缺圆、毛边、皱纹及漏空现象，不符合要求不烧。铝片厚度0.011-0.013mm；将钼片在干净的滤纸上， 放在红外线下烘干， 检查蒸铝面是否氧化或有裂纹；石墨粉存放在80℃烘箱内待用；烧结装模：将以上烘干的各种片子放在干净的操作箱内；装模顺序：钼片、铝片、硅片、石墨粉、按此重复；装好片子的石模上面放入预先准备好的压块，然后将其放入不锈钢夹具中，旋紧螺丝的中心对准压块中心，适度加压平整受力；进炉烧结：真空抽至5
×
10-3
pa时，大炉烧结温度控制，炉温升至350℃，继续慢升至680～700℃，用时60分钟，继续恒温40分钟，之后自然降温；降至14mv抬炉，关扩散泵电炉；降至6mv，关机械泵，降至4mv，取出片子s10、倒角:用手拿着管芯，刮上砂，放在磨角机的磨角头上，用手指压住管芯，基本磨到钼片即可，倒角角度的规定：φ30以上的管芯用32
°
球形磨角头，ksφ17、ksφ24、kpφ24以及kpφ26的管芯用30
°
球形磨角头，kp高压芯片用34
°
球形磨角头；s11、管芯清洗:用纯氢氟酸浸泡管芯1～2分钟，去除表面氧化物，用水超洗两遍，每遍5分钟左右，再超两遍丙酮，取出后烘干；s12、二蒸:将镀膜机的蒸发钨丝上挂上铝条，硅片摆放在真空室衬底加热器上面的铝板上，被蒸面朝上，真空度达到5
×
10-3
pa时逐步加热蒸发源，使铝丝蒸发成圆滴，粘附在钨丝上，此时铝丝中的杂质先挥发掉，当铝丝全部化成圆滴后，电流加到一定值并立即移开挡板，铝便蒸发到蒸发物上；s13、二刻:甩胶工艺条件同一次光刻，前烘80℃下45分钟左右，对板曝光要对准控制板，曝光时间约30秒左右，显影、定影、坚膜的工艺同一次光刻，在管芯烧结处涂黑胶保护，在方缸中倒入磷酸加温至90℃左右，将芯片插入塑料王架，浸入磷酸中开始腐蚀，腐蚀时间以铝膜腐蚀透彻为准；s14、合金:将管芯装模顺序按阴阳一排排叠好放进烧结炉，当真空度达到5pa左右时，开电炉抽真空，油扩散泵工作，真空度达到5
×
10-2
pa时，即可合金，温度控制为将炉温慢
升至500℃用时范围30～35分钟，恒温20分钟，随后继续慢升至545℃，用时范围8～10分钟，恒温30～35分钟，之后自然降温，炉温降至150℃以下出炉；s15、磨角:开启磨角机将管芯刮上适当的m28金刚砂放在磨角头上，用手指压住管芯数次，直到管芯边缘铝箔线清晰不间断为好；s16、腐蚀保护:腐蚀时将管芯平放盆中，不能重叠，倒入混合酸（hno3:hf:h3po4:ch3cooh=3:2:2:2），腐蚀三次,每次腐蚀后用大量去离子水冲洗；然后用hf:hno3:h2o=1:5:10漂洗十秒，再用大量去离子水冲净，最后在红外灯下烘干涂su5漆；s17、中测:s18、封装:s19、测试。
12.本发明重新调整了合金温度、烧结温度、氧化工艺以及倒角工艺，可以降低晶闸管制造的次品率，提高使用中的稳定性与耐用性。
13.上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

技术特征：
1.一种晶闸管制造工艺，包括如下步骤：硅片套圆、硅片超砂、硅片清洗、一扩、氧化、一刻、扩磷、一蒸、烧结、倒角、管芯清洗、二蒸、二刻、合金、磨角、腐蚀保护、中测、封装以及测试；其特征在于，所述烧结工艺中的烧结炉温度控制需先将炉温升至350℃，继续慢升至680～700℃，用时60分钟，继续恒温40分钟，之后自然降温；所述合金工艺中的合金温度控制需要将炉温慢升至500℃用时范围30～35分钟，恒温20分钟，随后继续慢升至545℃，用时范围8～10分钟，恒温30～35分钟，之后自然降温。2.如权利要求1所述的晶闸管制造工艺，其特征在于，所述一刻工艺包括硅片干燥处理、甩胶、前烘、曝光、显影、定影、坚膜、保护、腐蚀、去光刻胶以及硅片清洁处理。3.如权利要求1所述的晶闸管制造工艺，其特征在于，所述倒角工艺中倒角角度的规定：φ30以上的管芯用32
°
球形磨角头，ksφ17、ksφ24、kpφ24以及kpφ26的管芯用30
°
球形磨角头，kp高压芯片用34
°
球形磨角头。4.如权利要求1所述的晶闸管制造工艺，其特征在于，所述氧化工艺中氧化温度1200℃，氧化氧气流量干氧800ml/min，湿氧500ml/min，水浴温度95～98℃。

技术总结
本发明公开了一种晶闸管制造工艺，包括如下步骤：硅片套圆、硅片超砂、硅片清洗、一扩、氧化、一刻、扩磷、一蒸、烧结、倒角、管芯清洗、二蒸、二刻、合金、磨角、腐蚀保护、中测、封装以及测试；本发明重新调整了合金温度、烧结温度、氧化工艺以及倒角工艺，可以降低晶闸管制造的次品率，提高使用中的稳定性与耐用性。提高使用中的稳定性与耐用性。


技术研发人员：陈建平 王建辉
受保护的技术使用者：江苏威斯特整流器有限公司
技术研发日：2023.08.05
技术公布日：2023/10/15