聚酰亚胺在晶闸管芯片台面保护上的应用分析

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1、聚酰亚胺在晶闸管芯片台面保护上的应用分析　　摘要：本文简要介绍了晶闸管和聚酰亚胺，对不同厂家聚酰亚胺应用V-I特性进行了比较，详细叙述了涂覆方法及固化工艺，分析了使用过程中粘附性问题、适应有机溶剂和灌封胶的问题、交流阻断问题、芯片长期存放稳定性问题、重点分析了产生蠕变的现象和原因，最后提出相应的解决方法。　　关键词：晶闸管；聚酰亚胺；蠕变　　中图分类号：TN32文献标识码：A　　晶闸管又称可控硅（SiliconControlledRectifier，SCR），是一种包括PNPN四层或更多层的半导体开关器件，是弱电控制强

2、电的主要桥梁之一。从20世纪50年代问世以来已经发展成了一个庞大的家族，广泛应用于工业、民用和航空航天等高科技自动控制领域，随着半导体技术的全面发展，现今的可控硅器件的额定电流可以从几毫安到5000A以上，额定电压可以超过10000V。　　高纯度高性能聚酰亚胺在集成电路及微电子工业中的应用，包括粒子的遮挡层膜、微电子器件的钝化层和缓冲内涂层、多层金属的互联电路的层间介电材料和多芯片模块多层互联基板的介电材料、接点内涂层。　　一、晶闸管台面工艺对保护胶的要求　　1.器件在保护后，其耐压特性不应下降，也不应发生边沿处的表面

3、放电现象。7　　2.器件在保护后，表面感应有改善更加稳定，反映在表面漏电流的减小和稳定，尤其在工作结温下，不应有因保护层而产生的额外的漏电流。　　3.保护层本身与硅表面应有良好的粘附性，防潮湿、气密性以及自身的化学稳定性、耐高温的特性。　　二、晶闸管制造中几种常用的有机保护材料　　1.硅橡胶。它是晶闸管制造厂家一种普遍使用的保护材料，室温下呈胶状物，固化后保持弹性体。　　2.硅漆。以937聚酯改性硅漆（SP）为代表，是早期晶闸管等半导体器件使用的表面保护材料，该品经固化后曾透明状硬化体，其溶剂为二甲苯，对人体有毒。另因

4、其稳定性较差，已很少采用。　　3.聚酯亚胺。具有良好的机械电气性能，固化后呈硬质玻璃体，毒性小，但有强烈刺激性气味，是一种较广泛使用的保护材料。　　4.聚酰亚胺。因其优异的机械、电气、耐高温、无毒、化学稳定性高等特性，成为最有发展前途的保护材料，固化后呈硬质玻璃体。因其固化条件较为苛刻，目前使用厂家较少。　　三、聚酰亚胺涂层胶的选择　　市场上满足晶闸管芯片表面保护要求的聚酰亚胺种类很多，我们选择有代表性的几种产品进行比较，见表1。　　需要说明的是各厂家提供的产品其性能千差万别，同一种聚酰亚胺对不同规格、不同处理方法的晶

5、闸管斜边所体现出来的性能也会存在差异，对聚酰亚胺的选择要看实际达到的水平来确定。　　四、涂覆厚度和方法7　　涂覆于晶闸管斜边上的聚酰亚胺薄膜的厚度，决定于晶闸管耐压的要求。标准型聚酰亚胺涂层胶有着极高的介电强度：≥250V/μm，极薄的膜厚就能承受很高的电压，这点远高于其他保护胶：例如对于2000V的芯片来说，固化后膜厚达到8μm就够了。（而达到同等耐压，GD406需要135μm，聚酯亚胺也需要90μm。　　对于晶闸管斜边保护来讲，由于需要涂覆的表面是个倾斜向下的斜面，就不同于平面涂覆条件，但仍然采用可调速电机带动管芯

6、旋转，利用压力分配器挤出注射器内的涂层胶，连续在斜面开始部位逐圈涂覆，涂后取下置于水平平板上，聚酰亚胺胶会自流形成薄膜，转速一般选择5～10转/分钟。　　五、聚酰亚胺胶的固化　　与一般硅橡胶类保护材料相比，聚酰亚胺的固化温度要求较高，标准型聚酰亚胺厂家推荐的最高固化温度有所不同，在220℃～250℃之间。固化气氛可采用真空、充氮及正常大气条件下固化。通常采取阶梯升温固化。升温速率取100℃/小时，防止出现气泡，若真空条件下，起始阶段去除溶剂过程中真空度不要太高，否则容易起泡。真空和氮气条件主要目的是防止基底材料的氧化，

7、对聚酰亚胺本身固化的影响尚无明确说明。固化曲线参见说明书。　　六、聚酰亚胺的去除　　1.对于未固化的聚酰亚胺，采用甲醇或乙醇棉球擦去。　　2.对于已经固化的聚酰亚胺，则需要浓硫酸浸泡或借助超声波加快其溶解速度。7　　3.比例为20%～30%热的NaOH溶液溶除，同样借助于超声波会加快溶解速度。　　七、应用中的问题解析　　1.粘附性差的问题　　在涂胶过程中，我们发现，胶膜会缩聚成滴，粘度越低，粘附性越差，这是因为聚酰亚胺其分子具有电子极化性和结晶性，导致其粘结性能并不理想。　　通过试验，我们找到了解决其粘附性的办法：一方

8、面对腐蚀清洗后管芯进行高温烘烤以保证斜边硅单晶表面保持干燥形成疏水表面，有条件的单位可进行无机膜如SiO2、多晶硅钝化可增进粘附性；另一方面适当增加涂层的厚度，涂覆后尽快放入烘箱中短时间低温烘烤；还有一种方法就是在纯净的聚酰亚胺中按比例掺入硅橡胶，可明显增强粘附性。　　2.适应有机溶剂及灌封胶的问题　　（a）晶闸管芯片在封装过程中