电子实习报告

1、淮海工学院 课程设计报告书课程设计报告书 课程名称： 电子实习 题 目： 系 （院）： 电子工程学院 学 期： 12-13-1 专业班级： 姓 名： 学 号： 成绩：成绩： 签名： 日期： 目 录 1 引言.1 1.1 半导体二极管市场 .1 1.2 二极管简介 .1 2 二极管的工作原理、作用.3 2.1 二极管的工作原理 .3 2.2 二极管的功能及分类 .4 3 二极管的（中段）生产工艺流程.5 3.1 焊接 .5 3.2 酸 洗 .7 3.4 模压 .10 4 二极管生产问题及分析优化.11 4.1 测试的标准及分析方法 .11 4.2 电性不良二极管分析及优化 .11 4.3 二极管

2、在（中道）生产过程中其他问题注意事项 .14 课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸 1 1 引言引言 随着科学技术的不断发展，人们应用的电器设备随之崛起，因此半导体二极管也随之发 展，它在许多的电路中起着重要。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机 械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要各种机器、设备、进行和调整控制；在农业生 产、粮食储备、计算机机房，家用电器等都存在二极管。因而二极管对新进社会各种器材和 设备是非常有价值的。 二极管是由-族化合物，如砷化镓、磷化镓、磷砷化镓等半导体制成的，其核心 是 PN 结。因此正向导通，反向截止、击穿特性 （具有单向导电性）。抗震性能好

3、、功耗 低、成本低等优点。 1.11.1 半导体二极管市场分析半导体二极管市场分析 信息产业是二十一世纪的战略性主导产业，而其核心的半导体产业的技术水平和产业规 模已成为衡量一个国家经济发展、科技进步的重要标志，2006 年全球半导体市场为 2547 亿 美元，比 2005 年的 2275 亿美元增长 12%，预计 2007 年将达到 2850 亿美元。我国的半导体 市场规模 2006 年已经达到 755 亿美元，跃居全球市场的首位，其中 IC 市场销售额 632 亿美 元。而提供给市场产品的主要国家是美国、日本和欧盟等国家和地区，如：英特尔、三星、 德州仪器、东芝、意法半导体、英飞凌、瑞萨、

4、AMD、海力士、NXP（菲利浦） 、飞思卡尔、 NEC、台积电等。2006 年我国进口半导体产品达 1000 亿美元。我国的 IC 产值 131 亿美元， 主要集中在长江三角洲、渤海湾、珠江三角洲等沿海地区，如中芯国际、上海华虹 NEC、 苏州和舰、无锡海力士-意法、无锡华润、上海先进、上海宏力、上海新进、首钢日电 （NEC） 、上海台积电、上海贝岭等。 分立器件，包括二极管、三极管、功率晶体管、光电器件；广泛应用于家电产品、照明、 汽车、通讯等部门。全求年需求量约 1 万亿只。日本、美国、马来西亚和我国台湾地区是重 要产地，我国是生产和消费大户，2005 年我国生产分立器件 1600 亿只，

5、市场销售量 2210 亿只， ，2006 年生产 1820 亿只，而市场需求 2700 亿只，其他全靠进口，发展分立器件前景 依然广阔。 随着下一代互联网、新一代移动通信和数字电视的逐步商用，电子整机产业的升级换代 将为电子材料和元器件产业的发展带来巨大的市场机遇。 课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸 1.21.2 二极管简介二极管简介 本论文是由于跟工作相关而写，在工作的过程中了解到二极管种类繁多，形状各异，最 普通的二极管便是两端是铜引线，中间是硅片，外观用黑胶封装的模样。本论文主要写二极 管（中段）生产工艺流程及问题分析。 二极管的生产总体包括三大部分，其中有前期扩散，中期制作，后期

6、打印包装。前期扩 散主要是针对硅片进行磷和硼的扩散。中期的制作主要是把芯片通过一系列的工序制作成二 极管，再由电镀厂电镀，使红毛管变成白毛管。最后进行后期打印包装。 本论文主要介绍二极管中期的制作，即将硅片经过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，模压。在此所要做的就是将每一粒芯片制作成管子，这中间要经 过很多到工序，先需要让排向机排好引线，然后经装片操作人员装好片，送入焊接炉焊接， 最后从焊接炉出来的便是一根根最原始的管子，它主要是利用焊片作中间介质，将引线和方 片连接起来。我们行业通常称之为焊接组件。焊接完成之后，芯片要经过酸的腐蚀才能获得 电性，经酸腐蚀的芯片还要使其

7、保持干净和干燥，所以酸洗过程中要用到很多辅助设备，比 如超声波、甩干机、烘箱等。酸洗完成之后，紧接着就是模压。模压主要是将管子封装，而 模压主要材料为黑胶，黑胶成固体状，需要通过预热机先将黑胶加热，使之变软，接近液体 状，此时的黑胶才便于封装。在这一系列的制作完成之后要进行检测，这样可以在此过程中 发现生产中出现的问题同时进行改进。 2 2 二极管的工作原理、作用二极管的工作原理、作用 二极管又称晶体二极管,二极管的作用很多，二极管它只往一个方向传送电流的电子零 件。它是一种具有 1 个零件号接合的 2 个端子的器件，具有按照外加电压的方向，二极管的 作用很多，二极管市场调研报告显示，二极管使

8、电流流动或不流动的性质。晶体二极管为一 个由 p 型半导体和 n 型半导体形成的 p-n 结，二极管的作用在其界面处两侧形成空间电荷层， 并建有自建电场。二极管的作用当不存在外加电压时，由于 p-n 结两边载流子浓度差引起的 扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。二极管的作用都有哪些？下面 详解二极管的作用及工作原理。 2.12.1 二极管的工作原理二极管的工作原理 课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸 二极管又称晶体二极管,简称二极管(diode)，另外，还有早期的真空电子二极管；它是一 种具有单向传导电流的电子器件。晶体二极管为一个由 p 型半导体和 n 型半导体形成的

9、p-n 结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。 当不存在外加电压时，由于 p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的 漂移电流相等而处于电平衡状态。当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑 消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。当外界有反向电压偏置时，外界电场和自 建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流 I0。 当外加的反向电压高到一定程度时，p-n 空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的 倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。 在电子电路中，将二极管的正极接在高电

10、位端，负极接在低电位端，二极管就会导通， 这种连接方式，称为正向偏置。必须说明，当加在二极管两端的正向电压很小时，二极管仍 然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。只有当正向电压达到某一数值（这一数值称 为“门槛电压”，锗管约为 0.2V，硅管约为 0.6V）以后，二极管才能直正导通。导通后二极 管两端的电压基本上保持不变（锗管约为 0.3V，硅管约为 0.7V），称为二极管的“正向压降” 。 2.22.2 二极管的二极管的功能及分类功能及分类 二极管种类有很多，按照所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge 管）和硅二极管 （Si 管）。根据其不同用途，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管

11、、开关二极管、 隔离二极管、肖特基二极管、发光二极管等其作用各有不同。 （1）整流二极管 利用二极管单向导电性，可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉冲直流电。 （2）开关元件 二极管在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态，相当于一只接通的开关;在反向电 压作用下，电阻很大，处于截止状态，如同一只断开的开关。利用二极管的开关特性，可以 组成各种逻辑电路。 （3）限幅元件 课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸 二极管正向导通后，它的正向压降基本保持不变(硅管为 0.7v，锗管为 0.3v)。利用这 一特性，在电路中作为限幅元件，可以把信号幅度限制在一定范围内。 (4)继流二极管 在开关电

12、源的电感中和继电器等感性负载中起继流作用。 (5)检波二极管 在收音机中起检波作用。 (6)变容二极管 使用于电视机的高频头中。 3 3 二极管的（中段）生产工艺流程二极管的（中段）生产工艺流程 二极管的中序制作主要由焊接、酸洗、模压三大步骤组成。每一道工序都有其重要之处， 并且缺一不可，通过这三大步骤的制作，最终完成二极管的中段生产制作。 焊接 酸洗 模压 图 2 中序生产工艺流程 3.13.1 焊接焊接 焊接工艺目的：利用焊片通过一定温度，使芯片与金属引线连接，形成欧姆触角。这是 二极管的初始形状如图 图 3 焊接好的二极管 3.1.1 焊接流程图 图 4 焊接流程 主要操作流程： 排线入

13、炉装片焊接 出炉转换 引线 管芯 课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸 （1）将石墨舟放在排线机上，排线机把引线导入石墨舟内为下一道装片做准备。 图 5 排好引线的石墨舟 （2）把焊片倒入吸盘中调节其气体把吸盘吸好的焊片和芯片依次倒入打好引线的石墨 舟上进行然后进行下一步的制作。 图 6 吸盘吸好焊片图 7 装好焊片及芯片的石墨舟 （3）反转一个装满引线并刷过助焊剂的石墨舟，置于装完片的石墨舟上，抽出托板并 用托板振动引线，使之完全落位，再用垫板轻压引线，合模完成。 （4）将制作好的管子放入焊接炉内进行焊接，焊接炉是用于导体器件烧结、焊接、烘 干、管壳气密封装等。链（带）式烧结炉特点有以下几

14、方面:此设备为气氛保护炉，保护气 氛为氢气、氮气、氩气等；设备具有连续工作性，保证生产效率； 独特的气幕帘与机械幕 帘结合，确保炉膛与空气隔绝； 多温区控制炉温，方便调整工艺曲线； 链带速度无级连续 可调；根据用户要求可配加湿器。 3.1.2 焊接生产工艺工具的选择 课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸 在生产每一种二极管时根据所生产的二极管与之对应的工具的型号都有相应的规定，如 1N4007 二极管，它所对应的石墨舟为 S40-S42 的型号、焊片为 1.25*0.05mm、引线直径为 0.69cm、吸盘为 S42。每一种不同的二极管都要根据参数表进行选择相对应的材料及制作工 具，如下：

15、表 1-焊接生产工艺参数 产品类别晶片尺寸石墨舟引线型号上焊片型号下焊片型号 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：利用各种酸和水，对芯片 P-N 结周围边缘表面进行化学腐蚀，以改善机械 损伤，祛除表面吸附的杂质，降低表面电场，使 P-N 结的击穿首先从体内发生，以获得于 理论值接近的反向击穿电压和极小的表面漏电流。 3.2.1 酸洗机的作用 课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸 酸洗机是

18、二极管生产过程中的专用设备，具有质量好、速度快、产量高、自动化程度高、 工艺调整方便等优点。 二极管在酸洗生产中，通过三种酸的腐蚀才能产生电性能，二极管的芯片通过一号酸的 腐蚀把表面的划痕和杂志去除，腐蚀到一定的大小，在通过二号酸去除一号酸反应所形成的 反应物，形成保护层。三号酸去除二号酸反应所形成的残留物，形成保护层，防止水中的金 属离子到达管芯部位影响管子的质量。 3.2.2 酸洗流程图及作用 图 10 酸洗流程 目的：利用化学品将晶片表面加以侵蚀，使 P-N 接面呈现正角比例以获得最佳之电性 品质。于晶片表面 形成 sio2，已达到绝缘之目的。 种类：碱洗（绝对正角，不腐蚀金属；较不污染

19、环境） 酸洗（反应速率快，容易清洗） 冲水 流程：.混合酸 .铜亮液 .双氧水 上下冲水 .超声波清洗 热风干燥 1 2 3 45. 作用： CH3COOH：为缓冲剂，抑制 HF 对 Cu 离子的侵蚀速； H2SO4：为缓冲剂，抑制混合酸对晶片的反应速率； 铜亮液：清除引线及焊接点上的氧化层； H2O2：氧化晶片表面上杂质，形成结晶后以便冲洗祛除。 修补 SiO2 酸洗结构：反应气体颜色;淡黄色、白色深黄至红棕色； 酸洗反应现象如下： 表 2-酸的反映颜色 反应气体颜色酸洗颜色沉淀物数量现象 淡黄色微黄极少正常 白色透明无色少反应太慢，酸洗不足 1 号酸 深黄至红棕色蓝绿色多反应剧烈，呈沸腾状

20、，乃 过蚀现象 酸洗梳条烘干上 胶白胶固化 2 号酸红棕色气体产生绿色少白色泡沫 3.2.3 梳条 梳条的作用是将酸洗后的酸洗板上的二极管转换到铝条上在放入到烘箱中进行 1 小时左 右的预烘。在进行下一道的上白胶。 图 11 梳 条 3.2.4 白胶固化工艺目的 固化上胶层使硅橡胶中心液剂进一步挥发， 胶层固化使起与管芯牢固结合，使器件具 有良好的可操作性 能和避免成型时受到冲击而损伤的作用。 作用：将二极管管芯与环境隔离开来，以避免周围杂质对器件性能的影响，可起保护管 芯、稳定管芯表面的作用。 图(a)上胶图(b)上交机 图 12 上白胶过程图 3.43.4 模压模压 模压是将酸洗过后进行上

21、好白胶的白毛管，使管芯与外界环境隔离，避免有害气体的侵 蚀，并使表面光洁和具有特定的几何形状，起到保护管芯、稳定表面、固定管芯内引线，提 高二极管机械强度，方便客户使用的作用（即将白毛管转变为红毛管的机器） 。 3.4.1 模压流程图 主要步骤： （1） 将白胶固化后的白毛摆入料架上。 （2） 把料架上的白毛管放入模压机上进行模压，当模压机达到一定的温度和压力时放入黑 胶进行模压。 （3） 再将模压成型的二极管放入烘箱中进行固化。 3.4.2 成型固化工艺目的 对模压后的二极管的塑封料通过高温烘烤，以提高塑封料的可靠性。挥发表面的油污和 释放黑胶收缩压力，剔除早期不良品、失效管，提高二极管的稳

22、定性。 祛除残胶：祛除管 子外引线及塑封料本体表面的油污、溶料，以便于电镀、印字。 图 13 模压过程图 14 模压完成 4 4 二极管生产问题及分析优化二极管生产问题及分析优化 4.14.1 测试的标准及分析方法测试的标准及分析方法 （1）测试标准如下图： 表 3-标准测试参数 规规 范范 项项 目目测试条件测试条件 MinMinNomNomMaxMaxUnitUnit 抹 料软化黑胶模 压成型后固化 VFIF=8A1250mA VBIB=2A400V IRVR=450V380V DV1 IB1=2A， IB2=100A 50 (2)分析方法 a 外观检查 b 常温环境电性能的测试 c 高温

23、环境电性能的测试 d 烘烤后电性能测试 e 超声波检测 f 化学开盖 g 探针测试液晶分析 h 显微镜观察（光学） 4.24.2 电性不良二极管分析及优化电性不良二极管分析及优化 4.2.1 抽检结果描述 在抽检成品二极管 ER604 是时发现其存在严重的电性变化，成品管再次测试变化为 4%（电压衰降） ，当放置 48 小时后电性变化率增加至 2.5% 根据测试标准分析：SKY 产品的 Tj 肯定是超过 125，所以出问题 90%以上是封装问 题。有以下几点需关注：焊接温度、焊锡量、引线钉头与晶粒 P 面接触面尺寸、塑封料型号、 固化、外观等方面有关系。 4.2.2 分析步骤 （1）首先从外观进行检查 图 15 失效品正面外 观 通过对二极管的外观检查没有发现有外观有任何的缺陷。由此可以推断此失效二极管不 是有于外观问题而失效的。 （2）开盖检测 开盖后对二极管进行二极管内部结构外观进行检测 通过开盖后在光学显微镜下可以看出二极管芯片对角突出，有可能造成在模压的过程中 使芯片压伤。然后在对开盖后的二极管进行硬特性测试，测试结果如下表： 表 4-失效管测试数据 样品编号样品编号TRRVFVBDV1IR #12811405170.7630.063 #230109