Конструктивно-технологическая схема изготовления высоковольтных импульсных быстродействующих тиристоров
1. Изготовление кристалла
Кристалл - это кремниевая полупроводниковая P-N-P-N или P-N-P-N-N+ структура с заданными геометрическими и электрическими параметрами. В зависимости от типа тиристора удельное сопротивление исходного кремния находится в диапазоне от 20 Ом*см до 200 Ом*см, а толщина кристалла варьируется от 190 Мкм до 600 Мкм.
Кристалл тиристора изготавливается по единичной или групповой диффузионной технологии на сошлифованных до требуемой толщины кремниевых пластинах с контролируемыми линейными размерами нарушенного поверхностного слоя.
В качестве легирующих примесей необходимой концентрации используются бор и алюминий – для создания P-слоёв, и фосфор – для образования N-слоёв. Температура диффузионных процессов лежит в диапазоне от 900 С до 1250 С. Глубина высоковольтных P-N переходов лежит в диапазоне от 30 Мкм до 60 Мкм в зависимости от типа прибора.
Поверхностная топология кристаллов формируется с помощью послойной фотолитографической технологии по термически выращенному окислу кремния. В качестве контактного материала к P- и N-слоям приборов используется химически высаженный двухслойный никель с использованием промежуточного вжигания для обеспечения омического контакта.
Быстродействие тиристоров по выключению обеспечивается диффузией золота и радиационным облучением, либо их сочетанием.
Перед сборкой осуществляется вырезка единичных кристаллов из пластины, либо резка пластин на кристаллы (при групповой технологии). Формирование боковой поверхности кристаллов для обеспечения требуемых рабочих напряжений производится химико-механическим способом с последующей защитой кремнийорганическим покрытием.
На всех этапах изготовления кристаллов осуществляется их промежуточная химическая обработка с высокой степенью очистки.
2. Сборка
С целью снижения термомеханических нагрузок кристаллы большой площади соединяются пайкой с термокомпенсаторами к аноду, катоду и управляющему электроду. Материал термокомпенсатора имеет коэффициент линейного расширения близкий к имеющемуся у кремния (Mo, W, и т.п.). Кристаллы малой площади напаиваются непосредственно на основания корпусов приборов.
Электрическое соединение катода и управляющего электрода с корпусом прибора осуществляется пайкой или сваркой выводов кристалла с соответствующими выводами корпуса.
В качестве припоев используются мягкие припои типа СИН или ПОСсу с температурой пайки от 180 С до 300 С.
3. Герметизация
Для окончательной сборки приборов используются стандартные металлостеклянные или металлокерамические корпуса.
Герметизация корпусов производится методом конденсаторной или холодной сварки в зависимости от типа корпуса.
4. Контроль
На всех узловых этапах изготовления тиристоров осуществляется 100% контроль качества. На последнем этапе изготовления тиристоров производится 100% контроль всех параметров приборов с последующей приёмкой ОТК.
5. Качество
Высокое качество изготавливаемых тиристоров обеспечивается:
- использованием высококачественных исходных материалов;
- 100% межоперационным контролем;
- индивидуальным подбором режимов травления собранных на ножку кристаллов в зависимости от их промежуточных параметров;
- высочайшей квалификацией исполнительного персонала на всех операциях технологического процесса;
- 100% контролем всех параметров готовых приборов непосредственно перед поставкой потребителю.
