電子實(shí)習(xí)報(bào)告

1、淮海工學(xué)院 課程設(shè)計(jì)報(bào)告書課程設(shè)計(jì)報(bào)告書 課程名稱： 電子實(shí)習(xí) 題 目： 系 （院）： 電子工程學(xué)院 學(xué) 期： 12-13-1 專業(yè)班級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 成績：成績： 簽名： 日期： 目 錄 1 引言.1 1.1 半導(dǎo)體二極管市場 .1 1.2 二極管簡介 .1 2 二極管的工作原理、作用.3 2.1 二極管的工作原理 .3 2.2 二極管的功能及分類 .4 3 二極管的（中段）生產(chǎn)工藝流程.5 3.1 焊接 .5 3.2 酸 洗 .7 3.4 模壓 .10 4 二極管生產(chǎn)問題及分析優(yōu)化.11 4.1 測試的標(biāo)準(zhǔn)及分析方法 .11 4.2 電性不良二極管分析及優(yōu)化 .11 4.3 二極管

2、在（中道）生產(chǎn)過程中其他問題注意事項(xiàng) .14 課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告 書 專 用 紙 1 1 引言引言 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們應(yīng)用的電器設(shè)備隨之崛起，因此半導(dǎo)體二極管也隨之發(fā) 展，它在許多的電路中起著重要。例如：在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、造紙行業(yè)、機(jī) 械制造和食品加工等諸多領(lǐng)域中，人們都需要各種機(jī)器、設(shè)備、進(jìn)行和調(diào)整控制；在農(nóng)業(yè)生 產(chǎn)、糧食儲(chǔ)備、計(jì)算機(jī)機(jī)房，家用電器等都存在二極管。因而二極管對(duì)新進(jìn)社會(huì)各種器材和 設(shè)備是非常有價(jià)值的。 二極管是由-族化合物，如砷化鎵、磷化鎵、磷砷化鎵等半導(dǎo)體制成的，其核心 是 PN 結(jié)。因此正向?qū)?，反向截止、擊穿特?（具有單向?qū)щ娦裕??？拐鹦阅芎?/p>

3、、功耗 低、成本低等優(yōu)點(diǎn)。 1.11.1 半導(dǎo)體二極管市場分析半導(dǎo)體二極管市場分析 信息產(chǎn)業(yè)是二十一世紀(jì)的戰(zhàn)略性主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，而其核心的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)規(guī) 模已成為衡量一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科技進(jìn)步的重要標(biāo)志，2006 年全球半導(dǎo)體市場為 2547 億 美元，比 2005 年的 2275 億美元增長 12%，預(yù)計(jì) 2007 年將達(dá)到 2850 億美元。我國的半導(dǎo)體 市場規(guī)模 2006 年已經(jīng)達(dá)到 755 億美元，躍居全球市場的首位，其中 IC 市場銷售額 632 億美 元。而提供給市場產(chǎn)品的主要國家是美國、日本和歐盟等國家和地區(qū)，如：英特爾、三星、 德州儀器、東芝、意法半導(dǎo)體、英飛凌、瑞薩、

4、AMD、海力士、NXP（菲利浦） 、飛思卡爾、 NEC、臺(tái)積電等。2006 年我國進(jìn)口半導(dǎo)體產(chǎn)品達(dá) 1000 億美元。我國的 IC 產(chǎn)值 131 億美元， 主要集中在長江三角洲、渤海灣、珠江三角洲等沿海地區(qū)，如中芯國際、上海華虹 NEC、 蘇州和艦、無錫海力士-意法、無錫華潤、上海先進(jìn)、上海宏力、上海新進(jìn)、首鋼日電 （NEC） 、上海臺(tái)積電、上海貝嶺等。 分立器件，包括二極管、三極管、功率晶體管、光電器件；廣泛應(yīng)用于家電產(chǎn)品、照明、 汽車、通訊等部門。全求年需求量約 1 萬億只。日本、美國、馬來西亞和我國臺(tái)灣地區(qū)是重 要產(chǎn)地，我國是生產(chǎn)和消費(fèi)大戶，2005 年我國生產(chǎn)分立器件 1600 億只，

5、市場銷售量 2210 億只， ，2006 年生產(chǎn) 1820 億只，而市場需求 2700 億只，其他全靠進(jìn)口，發(fā)展分立器件前景 依然廣闊。 隨著下一代互聯(lián)網(wǎng)、新一代移動(dòng)通信和數(shù)字電視的逐步商用，電子整機(jī)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)換代 將為電子材料和元器件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來巨大的市場機(jī)遇。 課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告 書 專 用 紙 1.21.2 二極管簡介二極管簡介 本論文是由于跟工作相關(guān)而寫，在工作的過程中了解到二極管種類繁多，形狀各異，最 普通的二極管便是兩端是銅引線，中間是硅片，外觀用黑膠封裝的模樣。本論文主要寫二極 管（中段）生產(chǎn)工藝流程及問題分析。 二極管的生產(chǎn)總體包括三大部分，其中有前期擴(kuò)散，中期制作，后期

6、打印包裝。前期擴(kuò) 散主要是針對(duì)硅片進(jìn)行磷和硼的擴(kuò)散。中期的制作主要是把芯片通過一系列的工序制作成二 極管，再由電鍍廠電鍍，使紅毛管變成白毛管。最后進(jìn)行后期打印包裝。 本論文主要介紹二極管中期的制作，即將硅片經(jīng)過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，模壓。在此所要做的就是將每一粒芯片制作成管子，這中間要經(jīng) 過很多到工序，先需要讓排向機(jī)排好引線，然后經(jīng)裝片操作人員裝好片，送入焊接爐焊接， 最后從焊接爐出來的便是一根根最原始的管子，它主要是利用焊片作中間介質(zhì)，將引線和方 片連接起來。我們行業(yè)通常稱之為焊接組件。焊接完成之后，芯片要經(jīng)過酸的腐蝕才能獲得 電性，經(jīng)酸腐蝕的芯片還要使其

7、保持干凈和干燥，所以酸洗過程中要用到很多輔助設(shè)備，比 如超聲波、甩干機(jī)、烘箱等。酸洗完成之后，緊接著就是模壓。模壓主要是將管子封裝，而 模壓主要材料為黑膠，黑膠成固體狀，需要通過預(yù)熱機(jī)先將黑膠加熱，使之變軟，接近液體 狀，此時(shí)的黑膠才便于封裝。在這一系列的制作完成之后要進(jìn)行檢測，這樣可以在此過程中 發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題同時(shí)進(jìn)行改進(jìn)。 2 2 二極管的工作原理、作用二極管的工作原理、作用 二極管又稱晶體二極管,二極管的作用很多，二極管它只往一個(gè)方向傳送電流的電子零 件。它是一種具有 1 個(gè)零件號(hào)接合的 2 個(gè)端子的器件，具有按照外加電壓的方向，二極管的 作用很多，二極管市場調(diào)研報(bào)告顯示，二極管使

8、電流流動(dòng)或不流動(dòng)的性質(zhì)。晶體二極管為一 個(gè)由 p 型半導(dǎo)體和 n 型半導(dǎo)體形成的 p-n 結(jié)，二極管的作用在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層， 并建有自建電場。二極管的作用當(dāng)不存在外加電壓時(shí)，由于 p-n 結(jié)兩邊載流子濃度差引起的 擴(kuò)散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。二極管的作用都有哪些？下面 詳解二極管的作用及工作原理。 2.12.1 二極管的工作原理二極管的工作原理 課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告 書 專 用 紙 二極管又稱晶體二極管,簡稱二極管(diode)，另外，還有早期的真空電子二極管；它是一 種具有單向傳導(dǎo)電流的電子器件。晶體二極管為一個(gè)由 p 型半導(dǎo)體和 n 型半導(dǎo)體形成的

9、p-n 結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場。 當(dāng)不存在外加電壓時(shí)，由于 p-n 結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場引起的 漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。當(dāng)外界有正向電壓偏置時(shí)，外界電場和自建電場的互相抑 消作用使載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流。當(dāng)外界有反向電壓偏置時(shí)，外界電場和自 建電場進(jìn)一步加強(qiáng)，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無關(guān)的反向飽和電流 I0。 當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時(shí)，p-n 空間電荷層中的電場強(qiáng)度達(dá)到臨界值產(chǎn)生載流子的 倍增過程，產(chǎn)生大量電子空穴對(duì)，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。 在電子電路中，將二極管的正極接在高電

10、位端，負(fù)極接在低電位端，二極管就會(huì)導(dǎo)通， 這種連接方式，稱為正向偏置。必須說明，當(dāng)加在二極管兩端的正向電壓很小時(shí)，二極管仍 然不能導(dǎo)通，流過二極管的正向電流十分微弱。只有當(dāng)正向電壓達(dá)到某一數(shù)值（這一數(shù)值稱 為“門檻電壓”，鍺管約為 0.2V，硅管約為 0.6V）以后，二極管才能直正導(dǎo)通。導(dǎo)通后二極 管兩端的電壓基本上保持不變（鍺管約為 0.3V，硅管約為 0.7V），稱為二極管的“正向壓降” 。 2.22.2 二極管的二極管的功能及分類功能及分類 二極管種類有很多，按照所用的半導(dǎo)體材料，可分為鍺二極管（Ge 管）和硅二極管 （Si 管）。根據(jù)其不同用途，可分為檢波二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管

11、、開關(guān)二極管、 隔離二極管、肖特基二極管、發(fā)光二極管等其作用各有不同。 （1）整流二極管 利用二極管單向?qū)щ娦?，可以把方向交替變化的交流電變換成單一方向的脈沖直流電。 （2）開關(guān)元件 二極管在正向電壓作用下電阻很小，處于導(dǎo)通狀態(tài)，相當(dāng)于一只接通的開關(guān);在反向電 壓作用下，電阻很大，處于截止?fàn)顟B(tài)，如同一只斷開的開關(guān)。利用二極管的開關(guān)特性，可以 組成各種邏輯電路。 （3）限幅元件 課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告 書 專 用 紙 二極管正向?qū)ê?，它的正向壓降基本保持不?硅管為 0.7v，鍺管為 0.3v)。利用這 一特性，在電路中作為限幅元件，可以把信號(hào)幅度限制在一定范圍內(nèi)。 (4)繼流二極管 在開關(guān)電

12、源的電感中和繼電器等感性負(fù)載中起繼流作用。 (5)檢波二極管 在收音機(jī)中起檢波作用。 (6)變?nèi)荻O管 使用于電視機(jī)的高頻頭中。 3 3 二極管的（中段）生產(chǎn)工藝流程二極管的（中段）生產(chǎn)工藝流程 二極管的中序制作主要由焊接、酸洗、模壓三大步驟組成。每一道工序都有其重要之處， 并且缺一不可，通過這三大步驟的制作，最終完成二極管的中段生產(chǎn)制作。 焊接 酸洗 模壓 圖 2 中序生產(chǎn)工藝流程 3.13.1 焊接焊接 焊接工藝目的：利用焊片通過一定溫度，使芯片與金屬引線連接，形成歐姆觸角。這是 二極管的初始形狀如圖 圖 3 焊接好的二極管 3.1.1 焊接流程圖 圖 4 焊接流程 主要操作流程： 排線入

13、爐裝片焊接 出爐轉(zhuǎn)換 引線 管芯 課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告 書 專 用 紙 （1）將石墨舟放在排線機(jī)上，排線機(jī)把引線導(dǎo)入石墨舟內(nèi)為下一道裝片做準(zhǔn)備。 圖 5 排好引線的石墨舟 （2）把焊片倒入吸盤中調(diào)節(jié)其氣體把吸盤吸好的焊片和芯片依次倒入打好引線的石墨 舟上進(jìn)行然后進(jìn)行下一步的制作。 圖 6 吸盤吸好焊片圖 7 裝好焊片及芯片的石墨舟 （3）反轉(zhuǎn)一個(gè)裝滿引線并刷過助焊劑的石墨舟，置于裝完片的石墨舟上，抽出托板并 用托板振動(dòng)引線，使之完全落位，再用墊板輕壓引線，合模完成。 （4）將制作好的管子放入焊接爐內(nèi)進(jìn)行焊接，焊接爐是用于導(dǎo)體器件燒結(jié)、焊接、烘 干、管殼氣密封裝等。鏈（帶）式燒結(jié)爐特點(diǎn)有以下幾

14、方面:此設(shè)備為氣氛保護(hù)爐，保護(hù)氣 氛為氫氣、氮?dú)?、氬氣等；設(shè)備具有連續(xù)工作性，保證生產(chǎn)效率； 獨(dú)特的氣幕簾與機(jī)械幕 簾結(jié)合，確保爐膛與空氣隔絕； 多溫區(qū)控制爐溫，方便調(diào)整工藝曲線； 鏈帶速度無級(jí)連續(xù) 可調(diào)；根據(jù)用戶要求可配加濕器。 3.1.2 焊接生產(chǎn)工藝工具的選擇 課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告 書 專 用 紙 在生產(chǎn)每一種二極管時(shí)根據(jù)所生產(chǎn)的二極管與之對(duì)應(yīng)的工具的型號(hào)都有相應(yīng)的規(guī)定，如 1N4007 二極管，它所對(duì)應(yīng)的石墨舟為 S40-S42 的型號(hào)、焊片為 1.25*0.05mm、引線直徑為 0.69cm、吸盤為 S42。每一種不同的二極管都要根據(jù)參數(shù)表進(jìn)行選擇相對(duì)應(yīng)的材料及制作工 具，如下：

15、表 1-焊接生產(chǎn)工藝參數(shù) 產(chǎn)品類別晶片尺寸石墨舟引線型號(hào)上焊片型號(hào)下焊片型號(hào) 1A STD-H/LS40-S44 0.7 S42 1500 孔 DO-41-1501.25*0.051.25*0.05 DB3 1A STD-H S40-S42 A405 S42 1500 孔 A405-1501.25*0.051.25*0.05 1.5A STD-H 1.5A FR-H/L 1.5AHER-H/L S52-S55 0.75 S55 1200 孔 DO-15-1851.57*0.081.57*0.08 TVS P6KE 2A STD-H 2A SF-H/L S58-S60 0.75 S60 1200

16、 孔 DO-15-2051.57*0.11.57*0.1 3A STD-H/LS80 1.2 S80 480 孔 1.2 DO-27-2852.28*0.082.28*0.08 1N5408H 5A HER-H/L H110 1.2 H110 480 孔 1.2 DO-27-3102.7*0.082.7*0.08 MINI 3AH90 1.0 H92 480 孔 1.0 R-32.28*0.052.28*0.05 6A STD-HH110 1.28 H110 480 孔 1.28 DO-27-3102.7*0.082.7*0.08 10A STD-HH135 1.28 H135 480 孔 1

17、.28 DO-27- 385/375 3.0*0.13.0*0.1 ER504S95 1.2 S98 480 孔 1.2 DO-27-3503.0*0.13.0*0.1 ER604/606S110 1.28 H135 480 孔 1.2 DO-27-3503.0*0.13.0*0.1 3.23.2 酸酸 洗洗 酸洗目的：利用各種酸和水，對(duì)芯片 P-N 結(jié)周圍邊緣表面進(jìn)行化學(xué)腐蝕，以改善機(jī)械 損傷，祛除表面吸附的雜質(zhì)，降低表面電場，使 P-N 結(jié)的擊穿首先從體內(nèi)發(fā)生，以獲得于 理論值接近的反向擊穿電壓和極小的表面漏電流。 3.2.1 酸洗機(jī)的作用 課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告 書 專 用 紙 酸洗機(jī)是

18、二極管生產(chǎn)過程中的專用設(shè)備，具有質(zhì)量好、速度快、產(chǎn)量高、自動(dòng)化程度高、 工藝調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)。 二極管在酸洗生產(chǎn)中，通過三種酸的腐蝕才能產(chǎn)生電性能，二極管的芯片通過一號(hào)酸的 腐蝕把表面的劃痕和雜志去除，腐蝕到一定的大小，在通過二號(hào)酸去除一號(hào)酸反應(yīng)所形成的 反應(yīng)物，形成保護(hù)層。三號(hào)酸去除二號(hào)酸反應(yīng)所形成的殘留物，形成保護(hù)層，防止水中的金 屬離子到達(dá)管芯部位影響管子的質(zhì)量。 3.2.2 酸洗流程圖及作用 圖 10 酸洗流程 目的：利用化學(xué)品將晶片表面加以侵蝕，使 P-N 接面呈現(xiàn)正角比例以獲得最佳之電性 品質(zhì)。于晶片表面 形成 sio2，已達(dá)到絕緣之目的。 種類：堿洗（絕對(duì)正角，不腐蝕金屬；較不污染

19、環(huán)境） 酸洗（反應(yīng)速率快，容易清洗） 沖水 流程：.混合酸 .銅亮液 .雙氧水 上下沖水 .超聲波清洗 熱風(fēng)干燥 1 2 3 45. 作用： CH3COOH：為緩沖劑，抑制 HF 對(duì) Cu 離子的侵蝕速； H2SO4：為緩沖劑，抑制混合酸對(duì)晶片的反應(yīng)速率； 銅亮液：清除引線及焊接點(diǎn)上的氧化層； H2O2：氧化晶片表面上雜質(zhì)，形成結(jié)晶后以便沖洗祛除。 修補(bǔ) SiO2 酸洗結(jié)構(gòu)：反應(yīng)氣體顏色;淡黃色、白色深黃至紅棕色； 酸洗反應(yīng)現(xiàn)象如下： 表 2-酸的反映顏色 反應(yīng)氣體顏色酸洗顏色沉淀物數(shù)量現(xiàn)象 淡黃色微黃極少正常 白色透明無色少反應(yīng)太慢，酸洗不足 1 號(hào)酸 深黃至紅棕色藍(lán)綠色多反應(yīng)劇烈，呈沸騰狀

20、，乃 過蝕現(xiàn)象 酸洗梳條烘干上 膠白膠固化 2 號(hào)酸紅棕色氣體產(chǎn)生綠色少白色泡沫 3.2.3 梳條 梳條的作用是將酸洗后的酸洗板上的二極管轉(zhuǎn)換到鋁條上在放入到烘箱中進(jìn)行 1 小時(shí)左 右的預(yù)烘。在進(jìn)行下一道的上白膠。 圖 11 梳 條 3.2.4 白膠固化工藝目的 固化上膠層使硅橡膠中心液劑進(jìn)一步揮發(fā)， 膠層固化使起與管芯牢固結(jié)合，使器件具 有良好的可操作性 能和避免成型時(shí)受到?jīng)_擊而損傷的作用。 作用：將二極管管芯與環(huán)境隔離開來，以避免周圍雜質(zhì)對(duì)器件性能的影響，可起保護(hù)管 芯、穩(wěn)定管芯表面的作用。 圖(a)上膠圖(b)上交機(jī) 圖 12 上白膠過程圖 3.43.4 模壓模壓 模壓是將酸洗過后進(jìn)行上

21、好白膠的白毛管，使管芯與外界環(huán)境隔離，避免有害氣體的侵 蝕，并使表面光潔和具有特定的幾何形狀，起到保護(hù)管芯、穩(wěn)定表面、固定管芯內(nèi)引線，提 高二極管機(jī)械強(qiáng)度，方便客戶使用的作用（即將白毛管轉(zhuǎn)變?yōu)榧t毛管的機(jī)器） 。 3.4.1 模壓流程圖 主要步驟： （1） 將白膠固化后的白毛擺入料架上。 （2） 把料架上的白毛管放入模壓機(jī)上進(jìn)行模壓，當(dāng)模壓機(jī)達(dá)到一定的溫度和壓力時(shí)放入黑 膠進(jìn)行模壓。 （3） 再將模壓成型的二極管放入烘箱中進(jìn)行固化。 3.4.2 成型固化工藝目的 對(duì)模壓后的二極管的塑封料通過高溫烘烤，以提高塑封料的可靠性。揮發(fā)表面的油污和 釋放黑膠收縮壓力，剔除早期不良品、失效管，提高二極管的穩(wěn)

22、定性。 祛除殘膠：祛除管 子外引線及塑封料本體表面的油污、溶料，以便于電鍍、印字。 圖 13 模壓過程圖 14 模壓完成 4 4 二極管生產(chǎn)問題及分析優(yōu)化二極管生產(chǎn)問題及分析優(yōu)化 4.14.1 測試的標(biāo)準(zhǔn)及分析方法測試的標(biāo)準(zhǔn)及分析方法 （1）測試標(biāo)準(zhǔn)如下圖： 表 3-標(biāo)準(zhǔn)測試參數(shù) 規(guī)規(guī) 范范 項(xiàng)項(xiàng) 目目測試條件測試條件 MinMinNomNomMaxMaxUnitUnit 抹 料軟化黑膠模 壓成型后固化 VFIF=8A1250mA VBIB=2A400V IRVR=450V380V DV1 IB1=2A， IB2=100A 50 (2)分析方法 a 外觀檢查 b 常溫環(huán)境電性能的測試 c 高溫

23、環(huán)境電性能的測試 d 烘烤后電性能測試 e 超聲波檢測 f 化學(xué)開蓋 g 探針測試液晶分析 h 顯微鏡觀察（光學(xué)） 4.24.2 電性不良二極管分析及優(yōu)化電性不良二極管分析及優(yōu)化 4.2.1 抽檢結(jié)果描述 在抽檢成品二極管 ER604 是時(shí)發(fā)現(xiàn)其存在嚴(yán)重的電性變化，成品管再次測試變化為 4%（電壓衰降） ，當(dāng)放置 48 小時(shí)后電性變化率增加至 2.5% 根據(jù)測試標(biāo)準(zhǔn)分析：SKY 產(chǎn)品的 Tj 肯定是超過 125，所以出問題 90%以上是封裝問 題。有以下幾點(diǎn)需關(guān)注：焊接溫度、焊錫量、引線釘頭與晶粒 P 面接觸面尺寸、塑封料型號(hào)、 固化、外觀等方面有關(guān)系。 4.2.2 分析步驟 （1）首先從外觀進(jìn)行檢查 圖 15 失效品正面外 觀 通過對(duì)二極管的外觀檢查沒有發(fā)現(xiàn)有外觀有任何的缺陷。由此可以推斷此失效二極管不 是有于外觀問題而失效的。 （2）開蓋檢測 開蓋后對(duì)二極管進(jìn)行二極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)外觀進(jìn)行檢測 通過開蓋后在光學(xué)顯微鏡下可以看出二極管芯片對(duì)角突出，有可能造成在模壓的過程中 使芯片壓傷。然后在對(duì)開蓋后的二極管進(jìn)行硬特性測試，測試結(jié)果如下表： 表 4-失效管測試數(shù)據(jù) 樣品編號(hào)樣品編號(hào)TRRVFVBDV1IR #12811405170.7630.063 #230109