[发明专利]采用烧结工艺制造高压大功率晶闸管的方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子元器件制造技术领域，尤其涉及一种采用烧结工艺制造高压大功率晶闸管的方法。

背景技术

晶闸管是晶体闸流管的简称，又称做可控硅整流器，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制，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。晶闸管按电流容量分为大功率晶闸管、中功率晶闸管和小功率晶闸管三种。

国际上在高压大功率晶闸管特别是3英寸以上、电压在4000V以上的高压晶闸管的生产制作过程中，基本上采用全压接的制造技术，目前国内工矿企业普遍使用的，大多是在国外采用全压接技术生产的高压大功率晶闸管，很多晶闸管已经到了更换的年限。由于国内的制造技术还不成熟，同时受加工设备和加工精度的限制，国内生产的全压接高压大功率晶闸管从使用寿命到技术参数都远不及国外的产品，而从国外进口高压大功率晶闸管，不仅供货周期长，而且价格昂贵。

用新型的烧结工艺替代全压接工艺制造高压大功率晶闸管，用工艺上的先进性弥补了材料、设备精度上的不足，表面刻特殊图形，使得开通参数比国内同类产品提高数倍，采用特殊的台面制造技术，保证晶闸管正反向重复峰值电压的对称性，用此方法制造的高压大功率晶闸管完全可取代进口产品，制造成本低，具有可观的经济价值。

发明内容

本发明提供了一种采用新型的烧结工艺替代全压接工艺制造高压大功率晶闸管的方法，具有制造成本低，产品耐压性和可靠性高的特点，完全可以取代同类进口产品。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

采用烧结工艺制造高压大功率晶闸管的方法，包括以下步骤：

（1）工艺环境准备

将工艺环境中的空气双级过滤，过滤后的空气在10级以下；

（2）超声波清洗

首先将硅片超声波除砂1小时以上，氢氟酸超声波清洗1小时以上，分别用常温和70℃的去离子水冲洗，用去离子水超声波清洗2小时以上，每30～35分钟更换一次去离子水，然后，用冷热去离子水交替冲洗四遍；

（3）硅片漂洗

将超声波除砂后的硅片放入1#液中，1#液的配比是氨水:过氧化氢:去离子水=1:2:5，在加热器上煮5～6分钟后取出，用去离子水冲洗10～15遍，换上洁净的1#液重复煮一遍，再用冷热去离子水交替冲洗20～25遍；将硅片取出放入2#液中，2#液的配比是盐酸:过氧化氢:去离子水=1:2:7.在加热器上煮5～6分钟后取出，用去离子水冲洗10～12遍，换上洁净的2#液重复煮一遍，再用冷热去离子水交替各冲洗25～30遍，最后将清洗干净的硅片放入180℃烘箱中烘1小时以上；

（4）清洗石英架、石英砣

将石英架、石英砣放入体积比为H₂O:HF=4:1的氢氟酸溶液中浸泡30～35分钟，然后，取出用冷热去离子水冲洗各20～25遍，放入180℃烘箱中烘1小时以上；

（5）硅片铝扩散

将硝酸铝以3g/100ml的比例溶于无水乙醇中，制成硝酸铝溶液作为铝扩散源，用涂胶机将铝源涂在硅片表面，然后将硅片叠放在石英架上，放到1260℃扩散炉中进行高温扩散，20～30小时以后闭炉；

（6）硅片硼扩散

将氧化硼以10g/100ml的比例溶于无水乙醇中，制成硼溶液作为硼扩散源，用涂胶机将硼源涂在硅片表面，然后将硅片摆放在石英架上，放到1250℃扩散炉中进行高温扩散，2～5小时以后闭炉；

（7）氧化

将硼扩散后的硅片放到1150℃氧化炉中做氧化，通水汽2小时以上、氧气1小时以上各两次，氧气流量500ml/分钟，时间到后闭炉；

（8）一次光刻

将氧化后的硅片，需要刻图形的一面甩光刻胶，然后在80℃温度下烘干20～25分钟，冷却后在光刻机下曝光，曝光后在汽油溶液中显影10～15分钟，在乙酸丁酯中定影2～3分钟，之后在140℃温度下烘干，并将背面涂真空封蜡，再用光刻腐蚀液腐蚀，然后去胶烘干；

（9）磷扩散

将光刻好、合格的硅片，用1#液、2#液清洗干净，烘干后放到磷扩炉中，待炉温升到1200℃通磷源和氧气氮气保护气体，炉温升到1250℃时关闭磷源，停止升温，继续通保护气体，直到扩散炉降温到1000℃以下闭炉闭气；

（10）割圆

用高速割圆机将硅片图形以外的部分去掉；

（11）烧结