整流產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)、4C(通信、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)電子、汽車電子)、航空航天、國(guó)防軍工等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域以及軌道交通、新能源、智能電網(wǎng)、新能源汽車等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，通過(guò)培育本土半導(dǎo)體企業(yè)和國(guó)外招商引進(jìn)國(guó)際跨國(guó)公司，國(guó)內(nèi)逐漸建成了覆蓋設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)以及配套的設(shè)備和材料等各個(gè)環(huán)節(jié)的全產(chǎn)業(yè)鏈整流模塊生態(tài)。大陸涌現(xiàn)了一批優(yōu)質(zhì)的企業(yè)，包括捷捷微電、揚(yáng)杰電子、黃山電器、浙江正邦等芯片制造公司，以常州宏微、揚(yáng)杰電子、揚(yáng)州四菱、常州瑞華、固馳電子等為代表的模塊封測(cè)企業(yè)。

整流模塊是通過(guò)二極管的單向?qū)ㄔ韥?lái)完成工作的，通俗的來(lái)說(shuō)二極管正向?qū)?，反向截止，也就是說(shuō)，二極管只允許電流從陽(yáng)極流入，陰極流出。所以將其接入交流電路時(shí)它能使電路中的電流整流成直流。將數(shù)個(gè)(兩個(gè)或四個(gè)和六個(gè))整流二極管封在一起組成的橋式整流器件被稱為整流橋，主要作用是把交流電轉(zhuǎn)換為直流電。整流模塊有三相橋，單相全橋和半橋之分。整流橋模塊有著體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、外接線簡(jiǎn)單、便于維護(hù)和安裝等優(yōu)點(diǎn)。在家用電器和工業(yè)電子電路中應(yīng)用非常廣泛。

整流橋模塊的制造工藝主要由芯片技術(shù)和封裝技術(shù)構(gòu)成。目前國(guó)內(nèi)外主流廠家的整流橋芯片，主要有燒結(jié)圓片和GPP方片兩種，對(duì)應(yīng)的封裝技術(shù)有壓接式和焊接兩種方式。

一． 整流橋封裝工藝介紹

1. 焊接式模塊

常見(jiàn)的焊接式整流模塊封裝結(jié)構(gòu)如下圖所示，主要包括母排電極、芯片、焊層、襯板和基板幾大部分，各個(gè)部分之間的連接技術(shù)則構(gòu)成了整流模塊封裝的關(guān)鍵技術(shù)，可分為芯片焊接與固定以及各芯片電極互連與引出兩大方面。為了提高模塊的可靠性，要求各部分材料的熱膨脹系數(shù)(CTE)相匹配，散熱特性好及連接界面盡量少且連接牢固。

對(duì)于芯片焊接與固定，主要涉及功率半導(dǎo)體芯片、焊層、襯板和基板。焊層普遍采用錫基焊料，分含鉛與無(wú)鉛兩大類，有焊膏和焊片兩種工藝，后者具有更好的焊層質(zhì)量。襯板和基板要求其膨脹系數(shù)與芯片匹配并具有良好的熱導(dǎo)率，對(duì)硅材料芯片而言，AlN襯板及Cu或AlSiC基板是常見(jiàn)的選擇，為了獲得較小的熱阻，提高散熱性能，一般盡量減小襯板的厚度，并使基板具有一定的拱度，可以是單面拱或者雙面拱，單面拱基板有利于減小熱阻，且在焊接前后拱度的變化較均勻。為了進(jìn)一步減小熱阻，可以省去襯板或基板，將芯片直接設(shè)置在引線框架(lead frame)上，或者將襯板直接設(shè)置在散熱基板上，基板多為Pin Fin結(jié)構(gòu)，采用水冷散熱。

焊接式模塊通常采用沾錫的圓芯片或者GPP方片加鉬片的方式，目前國(guó)外主流廠商一般選用的是后者。SEMIKRON在新一代的整流產(chǎn)品中已經(jīng)采用類似IGBT產(chǎn)品的鍵合工藝，并且國(guó)內(nèi)外采用這一工藝的主流廠商呈上升趨勢(shì)。焊接式模塊具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、熱阻小等特點(diǎn)，適合應(yīng)用于各類中小功率場(chǎng)合。

2. 壓接式模塊

整流模塊的另外一種封裝形式是壓接式封裝，如圖所示。壓接式具有無(wú)焊層、抗熱疲勞能力強(qiáng)，芯片熱容量大，浪涌能力高，容易做成2500V以上高電壓產(chǎn)品等特點(diǎn)，主要在更大電流應(yīng)用，同時(shí)在應(yīng)用環(huán)境苛刻和可靠性要求高的應(yīng)用領(lǐng)域也有一定競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

二． 整流模塊芯片現(xiàn)狀

1. 傳統(tǒng)圓形芯片

芯片擴(kuò)散用涂源或者紙?jiān)?/span>方法形成PN 結(jié)，然后將硅片陽(yáng)極與鉬片燒結(jié)，再在鉬片側(cè)沾錫，以便于封裝時(shí)的工藝焊接，通過(guò)臺(tái)面造型、酸洗，并涂覆硅橡膠等保護(hù)材料，形成具有鉬片襯底的圓形芯片。

由于芯片焊接有金屬鉬片，多層結(jié)構(gòu)導(dǎo)致芯片熱阻增大，不容易將芯片的熱散出去，功耗大。臺(tái)面保護(hù)材料采用硅橡膠保護(hù)，漏電較大，芯片參數(shù)一致性比GPP方片差。

2. 普通GPP芯片

基本工藝過(guò)程為：硅片清洗， 磷預(yù)淀積，單面噴砂(減薄)， 硼擴(kuò)散及磷再分布， 雙面噴砂去氧化層，氮?dú)饣蜓鯕馔嘶?span>(需要時(shí))，鉑擴(kuò)散及擴(kuò)散后的表面腐蝕處理和清洗(需要時(shí))， 臺(tái)面腐蝕， LPCVD淀積氮化硅膜或生長(zhǎng)二氧化硅膜(鈍化保護(hù))， 玻璃鈍化，雙面鍍鎳(電極)， 晶圓劃片，分片。

與圓形芯片不同，GPP芯片沒(méi)有焊接鉬片，而是直接在芯片兩面鍍鎳形成可焊接的電極，大大減小了芯片的熱阻。同時(shí)，GPP芯片的臺(tái)面保護(hù)采用氮化硅膜或生長(zhǎng)二氧化硅膜以及玻璃鈍化保護(hù)，其密封保護(hù)和絕緣性能明顯優(yōu)于硅橡膠材料，所以其漏電流較小。不足之處是，受工藝條件限制，GPP方形芯片難以做成2500V以上的高壓產(chǎn)品。

3. 世菱GPP芯片

在傳統(tǒng)普通GPP芯片的基礎(chǔ)上，世菱采用了新一代GPP芯片技術(shù)。其基本工藝特點(diǎn)為：

1）用離子注入替代傳統(tǒng)的N+擴(kuò)散，形成均勻一致的高濃度低應(yīng)力淺結(jié)。

2）通過(guò)P型緩變結(jié)鎵擴(kuò)散，芯片電壓>1800V，產(chǎn)品一致性增強(qiáng)，VF低、抗浪涌強(qiáng)。

3）用控制精度+-1um的硅片減薄工藝替代噴砂減薄工藝，改善了后者造成的結(jié)構(gòu)不均勻問(wèn)題。

4）SIPOS+GPP鈍化,鈍化保護(hù)層更加穩(wěn)定，緩解了熱應(yīng)力問(wèn)題，可靠性增強(qiáng)。

5）優(yōu)化基區(qū)設(shè)計(jì)方案，優(yōu)化了槽型結(jié)構(gòu)，增加陰極區(qū)有效面積，過(guò)流能力強(qiáng)。

6）正面AL,背面AL+TiNiAg金屬組合，減少歐姆接觸電阻。

三． 目前各廠家焊接式封裝工藝現(xiàn)狀

1. 傳統(tǒng)圓片焊接: 以揚(yáng)州四菱和常州瑞華為代表的傳統(tǒng)整流產(chǎn)品封裝廠，圓片的封裝工藝為：芯片去氧化層--錫膏涂覆--電極芯片擺放---隧道燒結(jié)（更多的為電爐焊接）---清洗松香殘留---半成品測(cè)試---壓裝外殼---灌硅凝膠---灌環(huán)氧樹(shù)脂---終測(cè)----入庫(kù)。

2. 普通GPP芯片焊接：以揚(yáng)杰電子和常州宏微為代表的普通GPP芯片封裝工藝為: 結(jié)構(gòu)件準(zhǔn)備---固晶---加鉬片---真空共晶----空洞檢測(cè)---二次焊接（電極）---壓裝外殼---灌硅凝膠----終測(cè)----入庫(kù)（目前以日本和美國(guó)為代表的封裝廠普遍采用）

3. 世菱電子焊接工藝：結(jié)構(gòu)件準(zhǔn)備----固晶---真空共晶---空洞全檢---鋁線鍵合---二次焊接（電極）---壓裝外殼---灌硅凝膠---終測(cè)----入庫(kù)（semikron新一代整流模塊、臺(tái)基半導(dǎo)體、IGBT模塊普遍采用）

四． 幾種不同芯片和焊接工藝產(chǎn)品的綜合分析：

1. 傳統(tǒng)圓片工藝模塊

1) 結(jié)構(gòu)封裝工藝簡(jiǎn)單，批次離散性大，全手工操作增加品質(zhì)不穩(wěn)定因素，芯片、電極、陶瓷片、銅底板之間空洞大，導(dǎo)致過(guò)流與散熱降低，封裝熱阻大。封裝應(yīng)力大。

2) 在焊接后的清洗中造成芯片的二次污染，導(dǎo)致高溫漏電流增大。

3) 芯片多層結(jié)構(gòu)導(dǎo)致熱阻增大，不容易將芯片的熱散出去，熱穩(wěn)定性不如GPP芯片，功耗大，反向電壓穩(wěn)定性低，可靠性低。

4) 芯片擴(kuò)散采用涂源或者紙?jiān)?/span>方法形成PN 結(jié)，芯片先用鉬片和硅片焊接，再進(jìn)行臺(tái)面酸洗。臺(tái)面保護(hù)材料采用硅橡膠保護(hù)，漏電較大，特性不穩(wěn)定。芯片一致性差，通常芯片放很大余量。

2. 普通GPP芯片+鉬片工藝模

1）普通GPP芯片的鈍化保護(hù)膜，有電泳法和刀割法兩種方式，其特點(diǎn)如下：對(duì)于各種形狀的器件，例如平面型、臺(tái)面型、斜面型或其他不規(guī)則形狀的器件均可實(shí)現(xiàn)電泳涂復(fù)。電泳涂層的厚度可以控制，且均勻性好，精度高。采用絕緣掩膜可以實(shí)現(xiàn)有選擇性的電泳涂復(fù)。熱成型后膜質(zhì)致密性好，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)氣泡、無(wú)針孔的玻璃膜?？梢灾迫‰s質(zhì)離子沾污較少的優(yōu)質(zhì)玻璃膜。對(duì)Wafer無(wú)損傷、無(wú)污染。絕緣性能高、電特性穩(wěn)定、反向漏電流低。

2）封裝工藝相對(duì)于圓片來(lái)說(shuō)有大幅度提高，芯片、電極、陶瓷片、銅底板之間空洞率大幅度降低，但是還是無(wú)法消除芯片本身因表面高濃度和陰極焊接帶來(lái)的應(yīng)力，故在陰極上加鉬片以降低應(yīng)力造成對(duì)芯片的損傷，但加了鉬片后熱阻也相應(yīng)增大，而且增大了空洞檢測(cè)的難度（或者非全檢）

3. 世菱GPP工藝模塊

1) 新一代GPP芯片技術(shù)，用離子注入替代傳統(tǒng)的N+擴(kuò)散，形成均勻一致的高濃度低應(yīng)力淺結(jié)。通過(guò)P型緩變結(jié)鎵擴(kuò)散，芯片電壓>1800V，產(chǎn)品一致性增強(qiáng)，VF低、抗浪涌能力強(qiáng)。用控制精度+-1um的硅片減薄工藝替代噴砂減薄工藝，改善了噴砂造成的結(jié)構(gòu)不均勻問(wèn)題。SIPOS+GPP鈍化,鈍化保護(hù)層更加穩(wěn)定，緩解了熱應(yīng)力問(wèn)題，可靠性增強(qiáng)。優(yōu)化基區(qū)設(shè)計(jì)方案，優(yōu)化了槽型結(jié)構(gòu)，增加陰極區(qū)有效面積，過(guò)流能力強(qiáng)。正面AL,背面AL+TiNiAg金屬組合，減少歐姆接觸電阻。具有壓降低、浪涌能力強(qiáng)、低應(yīng)力、低漏電流，參數(shù)一致性好等特點(diǎn)。且芯片采用五寸晶圓產(chǎn)線生產(chǎn)，出片率提高，降低制造成本.

2) 由于采用與IGBT相同的封裝工藝，芯片陰極采用超聲波鍵合的方式，降低芯片和封裝應(yīng)力到最小，減少了鉬片降低了熱阻。同時(shí)焊接空洞全檢，降低模塊產(chǎn)品整體空洞率，提高過(guò)電流能力，有效降低熱阻?？梢蕴岣吣K生產(chǎn)的自動(dòng)化水平到80%---90%，有效降低制造成本和人工操作對(duì)產(chǎn)品可靠性的影響。

綜上所述，隨著綠色環(huán)保的生產(chǎn)方式日益提高，整流晶圓的生產(chǎn)也逐步趨向于五寸以上產(chǎn)線，離子注入這一在高端半導(dǎo)體晶圓中應(yīng)用廣泛的技術(shù)也逐步應(yīng)用到普通整流產(chǎn)品中，使普通整流晶圓的品質(zhì)有革命性的提升。鍵合式整流產(chǎn)品因其生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)過(guò)程精準(zhǔn)控制、高可靠性和高魯棒性日益受到國(guó)內(nèi)外主流廠商的親睞。