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功率快恢复二极管研制技术

【技术开发单位】中国航天科技集团公司九院北京微电子技术研究所  
  
  【技术简介】针对快恢复二极管高可靠应用要求,航天七七二所从结构设计和制造工艺上进行了创新开发,针对芯片结构设计、制造工艺、封装工艺等技术进行了一系列技术研究,可提高产品的整体性能。目前相关技术已经开发并应用在其它高可靠快恢复二极管产品中。
  适应冶金焊接的芯片台面结构设计:保证器件满足击穿电压指标要求,同时有利于减小各种寄生效应,提高器件可靠性
  高浓度多层复合外延:降低器件正向压降,避免大剂量离子注入以及长时间的高温扩散工艺,简化工艺步骤、缩短工艺加工周期
  平滑台面高可靠多层复合介质膜钝化保护:提高击穿电压,降低反向漏电流
  稳定的铂扩散载流子寿命控制:使器件的铂杂质分布达到最优,实现器件快恢复
  多层金属化电极系统和背面金属化:抗恶劣使用环境,提高可靠性
  多级场限环和场板复合平面结终端:实现器件高耐压,保证器件具有较小的漏电流
  真空高温芯片冶金焊接:降低芯片应力,减小器件的正向压降,提高抗热疲劳性
  玻璃金属密封工艺技术:形成对芯片良好的保护层
  
  【技术特点】经过多年研发,我单位形成了两套标准的快恢复二极管制造技术:一套是平面工艺、高压、大电流、外延超快恢复二极管制造技术,一套是新型台面结构、超低正向、极快恢复二极管的制造技术。下面就两套工艺的主要工艺技术特点分别介绍:
  平面工艺、高压、外延型超快恢复二极管制造技术:
  带缓冲层外延材料结构设计,降低正向压降,实现软恢复特性;
  先进的场限环和场板复合平面结终端技术,实现高耐压要求;
  先进的微电子平面制造工艺技术,保证结面均匀一致,减小漏电流;
  浅结、低阳极掺杂浓度设计技术,保证良好的热稳定性;
  独特的扩铂寿命控制技术,实现超快恢复特性。
  新型台面结构、超低正向、极快恢复二极管的制造技术:
  采用多层复合外延材料,实现超低正向压降和软恢复特性;
  新型平滑台面制造技术,满足高反压、低漏电要求;
  独特的铂扩散寿命控制技术,保证极快的恢复时间和较低的正向压降;
  先进的钝化保护技术,减小反向漏电流,提高器件可靠性;
  三次光刻、不需要离子注入和扩散,大大缩短工艺周期,降低生产成本。
  玻璃金属表贴封装技术:
  为了满足总体系统小型化、轻型化的要求,在快恢复二极管封装方面,航天七七二所具备国际宇航领域广泛使用的玻璃表面贴装封装技术。芯片焊接是通过对工件施加热或施加压的方法,使工件达到原子间的结合而形成永久性的连接过程而被宇航级器件所采用;玻璃与金属封接是通过玻璃液与金属氧化层互相浸润,形成混合稳固的化学键,具有足够的抗拉和抗扭强度,可以更有效的对芯片进行保护。表贴封装器件相对目前国内广泛使用的同轴封装器件,具有更小的体积和重量,也是目前各宇航型号所要求的。此项技术属于国内首次采用,所以具有极高的技术创新性。

  【技术指标】代表产品主要技术指标:
   (1)低压、小电流快恢复二极管产品:

VBR(V)≥160@IR=100uA

 Io(A)  6A@RT

 VF(mV)≤875@IF=4A

 VF(mV)≤925@IF=6A

 IR(uA)≤5@ VBR =150V

 trr(ns)≤30@IF=1A

 封装型式:玻封表贴

 储存温度:-65+175

 最高结温:175

 2)高压平面快恢复二极管产品:

VBR(V)≥1200@IR=100uA

 Io(A)30A@RT

 VF(V)≤1.6@IF=30A

IR(uA)≤10@ VBR =1200V

 trr(ns)≤45@IF=1A

 封装型式:金属封装

 储存温度:-40+125

  【技术水平】国际先进

  【可应用领域和范围】电动汽车,高速列车,开关电源,不间断电源(UPS),风机及水泵调整系统,交、直流电力交通系统,电解炉、高频加热装置,逆变焊机等。

  【专利状态】已取得专利1项,已申请专利1项。

  【技术状态】批量生产阶段

  【合作方式】技术转让、产品销售

  【投入需求】2000万

  【转化周期】6个月

  【预期效益】快恢复二极管拥有较好的经济效益。以1200V/15A外延快恢复二极管芯片为例,采用非外延(FZ)单晶,4英寸硅单晶原材料成本大约为100元,圆片加工费以7层计算,每层加工成本按100元计算,这样合计圆片加工费用为800元,再加上测试及人力成本,每圆片成本大约为900元,以每圆片成品600只计算,则每只芯片的成本大约900/600=1.5元,相比市场上进口芯片2.5元左右的单价,有相当大的利润空间。
  通过本项目的实施,开展军用快恢复二极管技术向民用应用领域的推广和转移,可有效促进军用技术和民用技术有效共享和互动转移。该项目的实施,是对国家电子行业内国产化工作的大力推动,可防止国外对先进产品进行封锁禁运造成的国家重点工程后延,可解决国家电子行业内进口高额费用。由此看出具有非常重大的社会效益。

  【联系方式】郭 
威  010-67968115-7130/15811385445