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1、目 录1 引言11.1 半导体二极管市场分析11.2 本论文要达到的目的12 二极管的工作原理、作用32.1 二极管的工作原理32.2 二极管的功能及分类43 二极管的（中段）生产工艺流程53.1 焊接53.2 酸 洗73.4 模压104 二极管生产问题及分析优化114.1 测试的标准及分析方法114.2 电性不良二极管分析及优化114.3 二极管在（中道）生产过程中其他问题注意事项14结 论15致 谢16参 考 文 献171 引言随着科学技术的不断发展，人们应用的电器设备随之崛起，因此半导体二极管也随之发展，它在许多的电路中起着重要。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和
2、食品加工等诸多领域中，人们都需要各种机器、设备、进行和调整控制；在农业生产、粮食储备、计算机机房，家用电器等都存在二极管。因而二极管对新进社会各种器材和设备是非常有价值的。二极管是由-族化合物，如砷化镓、磷化镓、磷砷化镓等半导体制成的，其核心是PN结。因此正向导通，反向截止、击穿特性（具有单向导电性）。抗震性能好、功耗低、成本低等优点。1.1 半导体二极管市场分析信息产业是二十一世纪的战略性主导产业，而其核心的半导体产业的技术水平和产业规模已成为衡量一个国家经济发展、科技进步的重要标志，2006年全球半导体市场为2547亿美元，比2005年的2275亿美元增长12%，预计2007年将达到285
3、0亿美元。我国的半导体市场规模2006年已经达到755亿美元，跃居全球市场的首位，其中IC市场销售额632亿美元。而提供给市场产品的主要国家是美国、日本和欧盟等国家和地区，如：英特尔、三星、德州仪器、东芝、意法半导体、英飞凌、瑞萨、AMD、海力士、NXP（菲利浦）、飞思卡尔、NEC、台积电等。2006年我国进口半导体产品达1000亿美元。我国的IC产值131亿美元，主要集中在长江三角洲、渤海湾、珠江三角洲等沿海地区，如中芯国际、上海华虹NEC、苏州和舰、无锡海力士-意法、无锡华润、上海先进、上海宏力、上海新进、首钢日电（NEC）、上海台积电、上海贝岭等。分立器件，包括二极管、三极管、功率晶体管
4、、光电器件；广泛应用于家电产品、照明、汽车、通讯等部门。全求年需求量约1万亿只。日本、美国、马来西亚和我国台湾地区是重要产地，我国是生产和消费大户，2005年我国生产分立器件1600亿只，市场销售量2210亿只，2006年生产1820亿只，而市场需求2700亿只，其他全靠进口，发展分立器件前景依然广阔。随着下一代互联网、新一代移动通信和数字电视的逐步商用，电子整机产业的升级换代将为电子材料和元器件产业的发展带来巨大的市场机遇。1.2 本论文要达到的目的本论文是由于跟工作相关而写，在工作的过程中了解到二极管种类繁多，形状各异，最普通的二极管便是两端是铜引线，中间是硅片，外观用黑胶封装的模样。本论
5、文主要写二极管（中段）生产工艺流程及问题分析。二极管的生产总体包括三大部分，其中有前期扩散，中期制作，后期打印包装。前期扩散主要是针对硅片进行磷和硼的扩散。中期的制作主要是把芯片通过一系列的工序制作成二极管，再由电镀厂电镀，使红毛管变成白毛管。最后进行后期打印包装。本论文主要介绍二极管中期的制作，即将硅片经过一系列工序制作成管子，其中中序的主要工序包括焊接，酸洗，模压。在此所要做的就是将每一粒芯片制作成管子，这中间要经过很多到工序，先需要让排向机排好引线，然后经装片操作人员装好片，送入焊接炉焊接，最后从焊接炉出来的便是一根根最原始的管子，它主要是利用焊片作中间介质，将引线和方片连接起来。我们行
6、业通常称之为焊接组件。焊接完成之后，芯片要经过酸的腐蚀才能获得电性，经酸腐蚀的芯片还要使其保持干净和干燥，所以酸洗过程中要用到很多辅助设备，比如超声波、甩干机、烘箱等。酸洗完成之后，紧接着就是模压。模压主要是将管子封装，而模压主要材料为黑胶，黑胶成固体状，需要通过预热机先将黑胶加热，使之变软，接近液体状，此时的黑胶才便于封装。在这一系列的制作完成之后要进行检测，这样可以在此过程中发现生产中出现的问题同时进行改进。2 二极管的工作原理、作用二极管又称晶体二极管,二极管的作用很多，二极管它只往一个方向传送电流的电子零件。它是一种具有1个零件号接合的2个端子的器件，具有按照外加电压的方向，二极管的作
7、用很多，二极管市场调研报告显示，二极管使电流流动或不流动的性质。晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，二极管的作用在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。二极管的作用当不存在外加电压时，由于p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。二极管的作用都有哪些？下面详解二极管的作用及工作原理。+4+4+4自由电子空 穴束缚电子图1 半导体内部结构2.1 二极管的工作原理二极管又称晶体二极管,简称二极管(diode)，另外，还有早期的真空电子二极管；它是一种具有单向传导电流的电子器件。晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n
8、结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0。当外加的反向电压高到一定程度时，p-n空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。 在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二
9、极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置。必须说明，当加在二极管两端的正向电压很小时，二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。只有当正向电压达到某一数值（这一数值称为“门槛电压”，锗管约为0.2V，硅管约为0.6V）以后，二极管才能直正导通。导通后二极管两端的电压基本上保持不变（锗管约为0.3V，硅管约为0.7V），称为二极管的“正向压降”。2.2 二极管的功能及分类二极管种类有很多，按照所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge管）和硅二极管（Si管）。根据其不同用途，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管、隔离二极管、肖特基二极管、发光二极管等其作用各有不同。（1）整流
10、二极管利用二极管单向导电性，可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉冲直流电。（2）开关元件二极管在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态，相当于一只接通的开关;在反向电压作用下，电阻很大，处于截止状态，如同一只断开的开关。利用二极管的开关特性，可以组成各种逻辑电路。（3）限幅元件二极管正向导通后，它的正向压降基本保持不变(硅管为0.7v，锗管为0.3v)。利用这一特性，在电路中作为限幅元件，可以把信号幅度限制在一定范围内。(4)继流二极管在开关电源的电感中和继电器等感性负载中起继流作用。(5)检波二极管在收音机中起检波作用。(6)变容二极管使用于电视机的高频头中。3 二极管的（中段）生产工
11、艺流程二极管的中序制作主要由焊接、酸洗、模压三大步骤组成。每一道工序都有其重要之处，并且缺一不可，通过这三大步骤的制作，最终完成二极管的中段生产制作。焊接 酸洗 模压图2 中序生产工艺流程3.1 焊接焊接工艺目的：利用焊片通过一定温度，使芯片与金属引线连接，形成欧姆触角。这是二极管的初始形状如图管芯引线图3 焊接好的二极管3.1.1 焊接流程图 出炉转换 焊接 入炉装片排线 图4 焊接流程主要操作流程：（1）将石墨舟放在排线机上，排线机把引线导入石墨舟内为下一道装片做准备。图5 排好引线的石墨舟（2）把焊片倒入吸盘中调节其气体把吸盘吸好的焊片和芯片依次倒入打好引线的石墨舟上进行然后进行下一步的
12、制作。图6 吸盘吸好焊片图7 装好焊片及芯片的石墨舟（3）反转一个装满引线并刷过助焊剂的石墨舟，置于装完片的石墨舟上，抽出托板并用托板振动引线，使之完全落位，再用垫板轻压引线，合模完成。（4）将制作好的管子放入焊接炉内进行焊接，焊接炉是用于导体器件烧结、焊接、烘干、管壳气密封装等。链（带）式烧结炉特点有以下几方面:此设备为气氛保护炉，保护气氛为氢气、氮气、氩气等；设备具有连续工作性，保证生产效率； 独特的气幕帘与机械幕帘结合，确保炉膛与空气隔绝； 多温区控制炉温，方便调整工艺曲线； 链带速度无级连续可调；根据用户要求可配加湿器。 图8 焊接炉3.1.2 焊接生产工艺工具的选择 在生产每一种二极
13、管时根据所生产的二极管与之对应的工具的型号都有相应的规定，如1N4007二极管，它所对应的石墨舟为S40-S42的型号、焊片为1.25*0.05mm、引线直径为0.69cm、吸盘为S42。每一种不同的二极管都要根据参数表进行选择相对应的材料及制作工具，如下：表1-焊接生产工艺参数产品类别晶片尺寸石墨舟引线型号上焊片型号下焊片型号1A STD-H/LS40-S440.7 S42 1500孔DO-41-1501.25*0.051.25*0.05DB31A STD-HS40-S42A405 S42 1500孔A405-1501.25*0.051.25*0.051.5A STD-H1.5A FR-H/
14、L1.5AHER-H/LS52-S550.75 S55 1200孔DO-15-1851.57*0.081.57*0.08TVS P6KE2A STD-H2A SF-H/LS58-S600.75 S60 1200孔DO-15-2051.57*0.11.57*0.13A STD-H/LS801.2 S80 480孔1.2 DO-27-2852.28*0.082.28*0.081N5408H5A HER-H/LH1101.2 H110 480孔1.2 DO-27-3102.7*0.082.7*0.08MINI 3AH901.0 H92 480孔1.0 R-32.28*0.052.28*0.056A
15、STD-HH1101.28 H110 480孔1.28 DO-27-3102.7*0.082.7*0.0810A STD-HH1351.28 H135 480孔1.28 DO-27-385/3753.0*0.13.0*0.1ER504S951.2 S98 480孔1.2 DO-27-3503.0*0.13.0*0.1ER604/606S1101.28 H135 480孔1.2 DO-27-3503.0*0.13.0*0.13.2 酸 洗酸洗目的：利用各种酸和水，对芯片 P-N 结周围边缘表面进行化学腐蚀，以改善机械损伤，祛除表面吸附的杂质，降低表面电场，使 P-N 结的击穿首先从体内发生，以获
16、得于理论值接近的反向击穿电压和极小的表面漏电流。3.2.1 酸洗机的作用酸洗机是二极管生产过程中的专用设备，具有质量好、速度快、产量高、自动化程度高、工艺调整方便等优点。（a）酸洗前（b）酸洗中图9 酸洗机酸洗过程二极管在酸洗生产中，通过三种酸的腐蚀才能产生电性能，二极管的芯片通过一号酸的腐蚀把表面的划痕和杂志去除，腐蚀到一定的大小，在通过二号酸去除一号酸反应所形成的反应物，形成保护层。三号酸去除二号酸反应所形成的残留物，形成保护层，防止水中的金属离子到达管芯部位影响管子的质量。3.2.2 酸洗流程图及作用白胶固化上 胶梳条烘干酸洗 图10 酸洗流程目的：利用化学品将晶片表面加以侵蚀，使 P-
17、N 接面呈现正角比例以获得最佳之电性品质。于晶片表面 形成 sio2，已达到绝缘之目的。种类：碱洗（绝对正角，不腐蚀金属；较不污染环境） 酸洗（反应速率快，容易清洗） 冲水流程：.混合酸 .铜亮液 .双氧水 上下冲水 .超声波清洗 热风干燥 酸洗化合物的配比: . HNO3:HF:CH3COOH:H2SO4=9:9:12:4 H2SO4: HNO3:HCL=40%：12%：0.8% . H2O2=30% Si+HNO3+6HF=H2SiF6+H2O+H2 HF:溶解 SiO2，与 HNO3 形成交互反应，以便控制反应。 作用：CH3COOH：为缓冲剂，抑制 HF 对 Cu 离子的侵蚀速； H2
18、SO4：为缓冲剂，抑制混合酸对晶片的反应速率；铜亮液：清除引线及焊接点上的氧化层；H2O2：氧化晶片表面上杂质，形成结晶后以便冲洗祛除。修补SiO2酸洗结构：反应气体颜色;淡黄色、白色深黄至红棕色；酸洗反应现象如下：表2-酸的反映颜色1号酸反应气体颜色酸洗颜色沉淀物数量现象淡黄色微黄极少正常白色透明无色少反应太慢，酸洗不足深黄至红棕色蓝绿色多反应剧烈，呈沸腾状，乃过蚀现象2号酸红棕色气体产生绿色少白色泡沫 3.2.3 梳条梳条的作用是将酸洗后的酸洗板上的二极管转换到铝条上在放入到烘箱中进行1小时左右的预烘。在进行下一道的上白胶。图11 梳 条3.2.4 白胶固化工艺目的固化上胶层使硅橡胶中心液
19、剂进一步挥发， 胶层固化使起与管芯牢固结合，使器件具有良好的可操作性 能和避免成型时受到冲击而损伤的作用。作用：将二极管管芯与环境隔离开来，以避免周围杂质对器件性能的影响，可起保护管芯、稳定管芯表面的作用。图(a)上胶图(b)上交机图12 上白胶过程图3.4 模压模压是将酸洗过后进行上好白胶的白毛管，使管芯与外界环境隔离，避免有害气体的侵蚀，并使表面光洁和具有特定的几何形状，起到保护管芯、稳定表面、固定管芯内引线，提高二极管机械强度，方便客户使用的作用（即将白毛管转变为红毛管的机器）。 3.4.1 模压流程图抹 料软化黑胶模 压成型后固化主要步骤：（1） 将白胶固化后的白毛摆入料架上。（2）
20、把料架上的白毛管放入模压机上进行模压，当模压机达到一定的温度和压力时放入黑胶进行模压。（3） 再将模压成型的二极管放入烘箱中进行固化。3.4.2 成型固化工艺目的对模压后的二极管的塑封料通过高温烘烤，以提高塑封料的可靠性。挥发表面的油污和释放黑胶收缩压力，剔除早期不良品、失效管，提高二极管的稳定性。 祛除残胶：祛除管子外引线及塑封料本体表面的油污、溶料，以便于电镀、印字。图13 模压过程图14 模压完成4 二极管生产问题及分析优化4.1 测试的标准及分析方法（1）测试标准如下图：表3-标准测试参数项 目测试条件规 范MinNomMaxUnitVFIF=8A1250mAVBIB=2A400VIR
21、VR=450V380VDV1IB1=2A， IB2=100A50(2)分析方法a外观检查b常温环境电性能的测试c高温环境电性能的测试d烘烤后电性能测试e超声波检测f化学开盖g探针测试液晶分析h显微镜观察（光学）4.2 电性不良二极管分析及优化4.2.1 抽检结果描述在抽检成品二极管ER604是时发现其存在严重的电性变化，成品管再次测试变化为4%（电压衰降），当放置48小时后电性变化率增加至2.5%根据测试标准分析：SKY产品的Tj肯定是超过125，所以出问题90%以上是封装问题。有以下几点需关注：焊接温度、焊锡量、引线钉头与晶粒P面接触面尺寸、塑封料型号、固化、外观等方面有关系。4.2.2 分
22、析步骤（1）首先从外观进行检查图15 失效品正面外观通过对二极管的外观检查没有发现有外观有任何的缺陷。由此可以推断此失效二极管不是有于外观问题而失效的。（2）开盖检测开盖后对二极管进行二极管内部结构外观进行检测芯片对角突出芯片对角突出图（a）二极管内部图(b)二极管内部图16 二极管内部结构外观通过开盖后在光学显微镜下可以看出二极管芯片对角突出，有可能造成在模压的过程中使芯片压伤。然后在对开盖后的二极管进行硬特性测试，测试结果如下表：表4-失效管测试数据样品编号TRRVFVBDV1IR#12811405170.7630.063#2301095273.11712.498#327117641523
23、.190.066#4281157175.3183.62.498通过对以上数据的分析可以得出1号管的电性是正常的，而2号、3号、4号管的电性为软管，其测试示意图如下图图17 二极管软管电性根据的上面开盖的检查推断出由于二极管芯片的损伤造成二极管的电性不正常。因此在次用显微镜对其芯片进行检测：玻璃损伤气孔玻璃上有焊锡图18 #1失效品芯片正面外观图19 #1失效品芯片正面外观玻璃损伤芯片开裂图20 #2效品芯片正面外观图21 #2效品芯片背面外观通过对失效二极管的芯片再次的检查可以肯定此次二极管失效完全是由于芯片在制作过程中压伤及焊锡过多的现象，导致二极管的硬特性不良。4.2.3 二极管的优化过程
24、在制作二极管的过程中最容易使二极管的芯片压伤及焊锡过多的问题主要是在焊接及模压这两道工序上。由于肖特基的芯片比其他二极管的芯片易碎，所以在制作中不能用跟其他二极管的方法进行制作。首先在引线方面进行改进，把引线的直径加大由原来的1.20直径改为1.28的引线直径使芯片在引线面积之内就不会使的二极管在模压的过程中把芯片压碎。再者就是改进焊片的大小，有原来的3.0*0.08cm改为2.7*0.08cm这样就不会使焊锡量过多使的芯片玻璃上有焊锡造成芯片失去电性。4.3 二极管在（中道）生产过程中其他问题注意事项（1） 排向操作时，要将弯引线挑出，并用直引线填满石墨舟。（2） 装片操作时，先将吸力大小调好，防止吸双层或漏吸。（3） 焊接和酸洗转换时，正确使用补料，防止混料。（4） 酸洗操作时，必须随时检查注酸情况及注酸量。（5） 推酸洗板时，要注意不能卡盘。（6） 所用的酸洗设备，比如超声波换水时要先关电源，再放水。（7） 梳条操作时，梳完的材料要及时入烘箱，防止被沾污，影响电性。（8） 烘完的材料要及时涂胶，道理同上。（9） 涂胶操作时，不能用纸、布等物品擦管芯部位。（10） 后固化时，保证足够的烘烤时间。
