呈现出高击穿电压的二极管.pdf

本发明公开一种表现高反向击穿电压的二极管，其是通过使用耐燃环氧树脂来制造的，在预定条件下提取的其提取物表现为250μS/cm或更低的电导率。根据本发明，用于高压二极管的具有极好耐潮性的密封树脂是通过使用找到适合用于基准的电阻值来选择的，该值不是通过装配高压二极管，而是通过在密封树脂上进行预定耐潮性测试找到的。根据本发明的密封树脂的选择能够降低树脂的成本，并由此以低的制造成本来制造表现出极好耐潮性的高压二极管。

1.  一种表现出高击穿电压的二极管，所述二极管包括：
一个或多个二极管片；
一种耐燃非卤素密封树脂，在其中密封所述一个或多个二极管片；和
在预定条件下包含从所述耐燃非卤素密封树脂中提取的成份的树脂提取物的，为250μS/cm或更低的导电率。

2.  如权利要求1所述的二极管，其中所述树脂提取物是通过向为所述密封树脂粉末十倍量的纯净水中分散所述耐燃非卤素密封树脂粉末，并通过在121℃、2个大气压的压力下加热具有分散其中的所述密封树脂粉末的水24小时而获得的。

3.  如权利要求1或2所述的二极管，其中所述耐燃非卤素密封树脂包括一种环氧树脂。

呈现出高击穿电压的二极管
技术领域
本发明涉及一种表现出高反向击穿电压的二极管(这里被称作“高压二极管”)，它用树脂密封，具有极好的耐燃性，极好的耐潮性，和极好的耐热性。特别地，本发明涉及一种用不包含氢原子的环氧树脂密封的高压二极管。
背景技术
高压二极管是半导体设备的一种众所周知的实例，表现出高的击穿电压，并用诸如耐燃环氧树脂之类的耐燃树脂密封。高压二极管是一种由诸如层压的硅二极管片的多二极管片构成的二极管，这样，二极管片层压制品可表现出5KV到50KV的一个反向击穿电压。高压二极管用于对几十KV高的高电压AC波形进行整流。由于高压二极管用在这样一个高压电路中，所以用来密封二极管片层压制品的耐燃树脂的选择应该考虑高压二极管所使用的条件和高压二极管所使用的环境之下的安全性。众所周知，从抵抗诸如高压二极管的介质击穿的危险的安全角度来说，甲酚-酚醛环氧树脂非常适合密封高电压二极管。然而，已经表明，目前为了提高其耐燃性，包含在或添加到的树脂中的含卤族的化合物和红磷都是危险的，因为包含卤族的化合物和红磷在高温下腐蚀半导体设备中的金属电极，并产生金属互化物，其降低了金属膜的粘结强度，进一步将会引起金属膜的分离和损坏。此外，也期望密封树脂既不包含任何含卤族的化合物，也不包含红磷，这样通过回收半导体设备不造成环境的污染。
后面公开的专利出版物1公开了环氧树脂，下面描述的任何阻燃剂添加到其中。阻燃剂包括诸如SnO₂、CuO、Fe₂O₃和MoO₃的金属氧化物，诸如Al(OH)₃、Mg(OH)₂和ZnSn(OH)₆的金属氢氧化物，含硼酸的金属，含硼酸的有机化合物，磷酸酯化有机磷化合物，和硅聚合物。根据下文描述的本发明的用于非卤素耐燃树脂的阻燃剂可选自于上文所述的阻燃剂。
利用上文所述的任何耐燃树脂的树脂密封型高压二极管以下面的方式来制造。预定片数(例如，3到30片)的台面硅二极管片，每片被设计为表现出预定反向击穿电压(例如，1700V)，它们被层压并用焊料彼此粘结，这样，硅二极管片被串行连接。在固定金属轴线到层压片的上和下端表面后，通过蚀刻和这样的表面处理来清洁硅二极管片的台面粘结表面。然后，将钝化处理应用于清洁的台面表面。然后，用耐燃环氧树脂通过传递模塑法来密封二极管片层压制品，这样，二极管片层压制品处于周围的耐燃环氧树脂的中央。由此，高压二极管完成。上文所述的制造的高压二极管保护电极间的确定的电绝缘以及确定的机械强度。即使当5KV与50KV之间的某一高压施加在二极管反向中，以上所述的制造的高压二极管也能安全使用。
下面专利出版物的2至5公开了其它树脂密封的半导体设备。
[专利出版物1]
日本特开2003-133485号公报
[专利出版物2]
日本特开2000-44801号公报
[专利出版物3]
日本特开平07(1995)-130919公报
[专利出版物4]
日本专利2825332
[专利出版物5]
日本专利2860960
如上文所述，传统的树脂密封高压二极管的问题，如由诸如含卤素的化合物和红磷等传统阻燃剂引起的金属电极的腐蚀、金属膜的分离和损坏以及环境污染，可通过利用非卤素阻燃剂来消除。然而，密封树脂的耐潮性受到施加于高压半导体设备的高压(5KV与50KV之间)的很大影响。5KV与50KV之间地高压远远高于应用于其它普通半导体设备的电压。因此，密封树脂的耐潮性是高压半导体设备特定的应该消除的另一个问题。而且，随着其电导率的降低，耐燃树脂就越昂贵。
由于湿气可以进入密封树脂，密封树脂在潮湿环境下比干燥环境下更影响半导体设备的可靠性。考虑到包含在空气中的湿气会通过渗透入树脂和通过树脂与金属端之间的边界(高压二极管中的轴心线)进入到半导体设备中。随着渗透到密封树脂中半导体芯片附近的湿气量的增加，半导体设备的电特性受到更多不利影响。因此，为提高半导体设备的耐潮性，重要的是使得较少的湿气渗透入半导体设备。在高压二极管中，由于高温或强电场，离子和这样的电解成份容易从树脂流到已经进入的湿气中。因为离子和这样的电解成份已经流进的湿气的电导率(这里指的是“EC值”)变高，所以半导体设备的电可靠性受到更多不利影响。因此，为提高树脂密封半导体设备的耐潮性，重要的是找到一种能够防止湿气渗透入树脂和防止树脂成分流出进入湿气的树脂或树脂合成物，以及在半导体设备中使用找到的树脂或树脂混合物。因为应用到高压二极管中电路的电压非常高，所以提高用于密封高压二极管的树脂的耐潮性就非常重要。如先前所述，随着其电导率的降低，耐燃性树脂就越昂贵。因此，从降低成本的角度考虑，决定适合高压二极管的耐燃树脂的电导率非常重要。
半导体设备的耐潮性由耐潮测试来评估。耐潮测试被称作“高压水气测试”。(在下文中，高压水气测试被称为“PCT”)。PCT把树脂密封高压二极管存储在维持121℃的温度、2个大气压(atm.)的压力和相对湿度为100％的环境中200小时，然后评估高温泄漏电流。高温泄漏电流(在下文中，被称为“IR2值”)是在维持在100℃的绝缘油中测量的额定反向击穿电压时的电流。
如上文所述，PCT是用于评估半导体设备的一个测试。因此，为评估可能表现极好耐燃性的树脂或树脂合成物，必须收集每种树脂或树脂合成物的评估样本，和评估所有树脂和树脂合成物的评估样本。由此，获得评估结果要花费很长的时间，且树脂成本剧增。
从前述得知，理想的是提供一种使用密封树脂的高压二极管，它表现出极好的耐燃性，仅通过使用由预定耐潮性测试预先找到的合适的用于基准的特征值来单独选择，而不收集使用被测试的密封树脂的高压二极管测试样本。同样理想的是提供表现极好耐潮性的高电压二极管，其使用表现出极好耐潮性的价廉密封树脂，具有低的制造成本。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种表现出高击穿电压的二极管，该二极管包括：一个或多个二极管片；在其中密封一个或多个二极管片的耐燃非卤素密封树脂；和在预定条件下包含从耐燃非卤素密封树脂中提取的成份的树脂提取物的为250μS/cm或更低的导电率。
有利地，通过向纯净水中分散耐燃非卤素密封树脂粉末，其中，水的体积是密封树脂粉末的体积的十倍，并在121℃、2个大气压下将具有分散的密封树脂粉末的水加热24小时，来获得树脂提取物。
有利地，耐燃非卤素密封树脂是一种环氧树脂。
附图说明
图1是根据本发明的一种实施方式的高压二极管的截面图。
图2是描述在预定提取条件下从要被评估的多个树脂样本中提取的树脂提取物的EC值的图表。
图3是与树脂样本相关的使用图2中所描述的树脂样本所制造的高压二极管的高温泄露电流(IR2值)的图表。
图4是与树脂样本的EC值相关的高压二极管的IR2值的曲线图。
图5是描述随着逝去时间的反向泄露电流的老化的一组曲线组。
具体实施方式
现在结合所附的示出本发明优选实施方式的图表，详细地描述本发明。
尽管本发明结合其优选实施方式来描述，但对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明精神实质的情况下，可显然地做出变化与改进。因此，本发明不仅是通过在此特定的描述来理解，而且要通过其所附的权利要求来理解。
图1是根据本发明优选实施方式的高压二极管的截面图。
根据该优选实施方式的高压二极管以下面方式制造。在一确定高温的电炉中，通过将杂质扩散到n型硅晶片上形成PN结，其特定的电阻适于获得1700V的反向击穿电压。其中形成PN结的预定片(如7片)的晶片层压并通过焊料3粘结。使用线状锯、片锯和这样的切割工具来切割晶片。在切割平面内由切割引起的应变和污染都可通过酸刻蚀而去除，这样可获得原始洁净的晶体平面。然后，通过洁净表面上的覆盖钝化膜5来保护切割的二极管片层压制品的表面。然后，通过密封二极管片层压制品得到高压二极管，二极管片层压制品具有转移模塑形成的耐燃非卤素树脂4。根据本发明的用于高压二极管的耐燃非卤素树脂4显示出改进的耐潮性。现在，选择其耐潮性改善的耐燃树脂的方法将在下文描述。
下面简要描述本发明。评估和测量在预定的提取条件下从被评估的多个树脂样本中得到的树脂提取物的电导率值(EC值(μS/cm))图2中描述了树脂样本的EC值。使用图2中描述的树脂样本用于密封树脂制作高压二极管，在耐潮性测试之后，可测量其高温泄漏电流(IR2值)。图3描述树脂样本的IR2值。从图2和图3可得到EC值与IR2值之间的关系，并在图4中描述，以获得用于评估密封树脂的基准电导率(这里指“基准EC值”(μS/cm))。如图5所示，从高压二极管的初始IR2值与由于老化而恶化的IR2值之间的关系可看出，表示高压二极管将表现出良好的可靠性的最初的高温反向泄漏电流(这里指“初始IR2值”)被确定为10μA。包括初始值的高压二极管的IR2值可在高温高湿偏压测试中测量，这是一种测试高压二极管的长时间可靠性的测试。基准EC值确定为250μS/cm，这是从图4中找到的与10μA的IR值相对应的EC值。然后，根据本发明可用来密封高压二极管的树脂可通过测量树脂样本的EC值，并把测量到的EC值与上述基准EC值进行对比而选择。使用选定后的树脂来密封本发明中高压二极管。为更可靠地选择密封树脂，最好是选择这样的树脂，由其得到的提取物表现出200μS/cm或更低的EC值，用于密封本发明的高压二极管。
下文详细描述本发明的高压二极管。为密封高压二极管准备六种耐燃甲酚-酚醛环氧树脂A、B、C、D、E和F。提高耐燃性的添加成份的量由树脂A到树脂F增加。由此，耐燃性从树脂A到树脂F增加。测量树脂A到F的提取物的EC值。图2表示这些结果。图2中的水平轴代表各种树脂(A、B、C、D、E、F)，且垂直轴表示EC值(μS/cm)。费用由树脂A到树脂F逐渐增加。现详述EC值的测量方法。准备树脂A到F的提取物，测量它们的电导率值。树脂提取物以下面方式准备。磨碎未固化的小片树脂A到F，在175℃固化粉末树脂一小时。在固化后，在自动研钵中进一步粉碎粉末树脂。用100孔(150μm一个交叉(cross))的筛子过滤进一步粉碎的粉末树脂。把5克过滤后的粉末分散到50ml的纯水中，在121℃加热24小时。并且，测量得到树脂提取物的电导率值。树脂A与B的电导率值大大高于树脂C到F的电导率值，这可能是因为从树脂A与B中比树脂C到F中提取到更多的离子成分。
使用树脂A到F制造高压样本二极管，且作为加速耐潮测试的先前的PCT，是把制作的高压样本二极管在温度为121℃，压力为2个大气压，相对湿度为100％RH进行200小时。然后，高压样本二极管放入绝缘油中，对高压样本二极管施加额定的反向击穿电压8KV，且可测量100℃时的高压样本二极管的高温反向泄漏电流(IR2值)。图3表示这些结果。
从图2、3中得到可以得到获得的EC值与高温反向泄漏电流IR2值之间的关系，并在图4中显示。
由于随着IR2值的增加，产生的热量也增加，高压二极管的热击穿将随着IR2值变高更频繁，这就损害了高压二极管的功能。也就是说，在IR2值与高压二极管的可靠性之间存在着特定的关系。因此，可由高温高湿偏压测试(这里指“THB测试”)来研究IR2值与高压二极管的可靠性之间的关系，这是评估高压二极管的可靠性的测试中的一种。
在85℃，相对湿度为100％RH，和所加电压为80％的额定反向击穿电压(8KV)的条件下进行THB测试1000小时。图5中表示结果。如图5所示，使用树脂A、B的高压二极管的IR2值比在最初的额定反向击穿电压8KV的情况下高出10μA，然后随时间流逝逐渐增加，在时间超过250小时直至更长时，IR2值急剧增加。这样，只测量预定条件下的树脂提取物的EC值，其EC值为250μS/cm或更低的耐燃树脂C、D、E和F被选择为用于对优异耐潮性的高压二极管进行密封。更好地，EC值为200μS/cm或更低的耐燃树脂D、E和F被用来密封具有优异耐潮性的高压二极管。由于根据本发明，密封树脂提取物的EC值最好是250μS/cm或更低，或更好是为200μS/cm或更低，可在以上所述的EC范围内选择更便宜的树脂。
如上所述，根据本发明，不是通过装配一个高压二极管，而是对密封树脂样本进行预定的耐潮性测试，通过使用找到合适基准的EC值选择具有优异耐潮性的高压二极管的密封树脂。根据本发明的密封树脂的选择有利地降低了树脂的费用。因此，具有优秀耐潮性的高电压二极管可以使用任何选择的树脂并以低制作成本制造。