半导体放电管2SA的培训内容

2SA器件相关知识培训内容

一、2SA器件相关术语及基本特性；

二、器件制造工艺介绍；

三、产品品质控制方法；

四、器件常规检测方法及参考标准；

五、使用的标准与国际标准符合性介绍；

六、器件寿命分析；

七、器件保存和使用的注意事项。

一、2SA器件相关术语及基本特性

1、产品名称：过电压保护用半导体管。

简称：半导体放电管，也有称固体放电管。

2、2SA110-J型号说明：

“2”——器件的电极数目

“SA”——过电压保护用半导体管（Semiconductor arrester for the over-voltage protection of telecommunications installations）

“110”——产品系列号

“J”——表示夹持安装

3、过电压保护用半导体管的定义：

当在两个电极上施加的电压超过额定值时迅速变成低阻（导通）状态，电压撤消后又恢复成高阻状态且正反特性一致的器件。

相关语术：

最高限制电压——在规定上升速率的电压冲击下半导体管上允许出现的最高电压。

不动作电压——半导体放电管保持高阻状态时所能承受的最高电压。

标称冲击电流——半导体放电管正常工作所允许通过的额定脉冲电流（峰值）。

标称工频电流——半导体放电管正常工作时所允许通过的频率为50HZ的额定交流电流（有效值）

4、SA110-J型放电管的结构如图1所示：

图1

1——上、下两个电极；2——封装材料（环氧树脂）；3——半导体芯片放电管的电性能是由半导体芯片生成的。半导体放电管芯片的结构如图2所示：

图2 图3

根据芯片结构图可以画出等效电路图3

图2中P1和P11、P2和P22实际上是同一工艺步骤形成的相同区域，为了清楚分析而特定划分开的。当外加电压施于A1、A2两电极之间，设若A1为正电压，A2为负电压时，PN结J1为正向偏置，呈低阻抗，而PN结J2为反向偏置，呈高阻抗。此时所有的晶体管Q1~Q4皆被截止。放电管呈开路状态。但是当外加电压不断增高，达到和超过PN结J2的击穿电压V BR时，J2立即发生雪崩击穿，有电流通过P2和P22区域并在其上产生电压降。当P22与N2间结上的电压差接近0.6V时，Q2晶体管的发射极N2有电子注入基区P22，晶体管Q2开始动作并有放大作用。电流经过反复放大，于是Q1、Q2迅速进入深饱和区，使A1与A2之间导通，其间的残压可达到3.5V以下，外加的高电压迅即释放。从而起到过电压保护作用，随着外加高电压泄放完毕，晶体管重又自动恢复到截止状态。

由于放电管芯片结构上上下完全对称，因此，反过来A1端为负、A2端为正，动作过程与上述完全类似。半导体放电管伏安特性曲线如图4所示：

图4

V BR——标称导通电压、V BO——最高限制电压

V T——导通后残压I H——维持电流（续流）

二、2SA器件制造工艺介绍：

2SA器件制造可分为两大部分：前工序芯片制造和后工序芯片封装。

前工序大致有以下主要工艺：

1、硅片材料制备：采用一定电阻率的单晶棒，切割成300~400um厚圆片，经研磨抛光，使

硅片表面光亮如镜。

2、外延：就是在一定条件下，在一块制备好的硅片衬底上，沿其原来的结晶轴方向，生产

一层导电类型、电阻率、厚度和晶格结构完整性都符合要求的新单晶层。

3、氧化：在硅表面氧化生产一层SiO2膜，作为扩散时的掩蔽膜。

4、扩散：在衬底硅片上设定的区域掺入一定的浓度和深度的杂质。

5、光刻：是一种图形复印和腐蚀相结合的精密加工技术。目的就是按照设计要求，在SiO2

膜上刻蚀出与掩模版完全对应的几何图形，一般经过涂胶、曝光、显影、坚膜、腐蚀和去胶与步骤。

6、表面钝比：就在芯片表面覆盖一层保护膜，避免周围环境气氛和其它因素对器件的影响，

对器件的性能稳定起很大作用。

7、电极制备。

后工序大致有以下主要工艺：

1、装配：把半导体芯片、电极、焊片在石墨模中组装成一体。

2、烧结：把装配好的器件通过烧结炉把芯片与电极焊接成一体。

3、封装：通过环氧树脂把芯片裹封起来，然后高温固化成形，对芯片电性能起到保护作用。

同时增强产品的机械强度。

4、高温老化：通过常时间高温储存，使少量有缺陷的芯片加速早期失效，使产品性能趋向

稳定。

5、第一次测试分选：按照企业内控标准，对每批次所有产品各项电性能进行全面测试，来

判别每个产品是否合格，然后剔出不合格产品。

6、常温储存：目的也是使产品性能趋于稳定，早期失效产品显露出来。

7、第二次复测：分选出早期失效产品。

8、包装：对检验合格的产品，按照一定数量进行包装，以便储存，搬运和计数。标明产品

型号、生产批号、数量、出厂日期。

三、器件品质控制方法：

品质控制主要对环境、原材料、检测设备、生产工艺的控制，还包括质量管理。

影响半导体器件成品率的质量的重要原因之一是来自环境各种形式的污染，生产中主要的污染来源有：

（1）环境中的灰尘及有害气体。

（2）工作人员携带的灰尘、毛发、皮屑、手汗、烟雾等。

（3）化学试剂中的微粒和金属离子。

（4）去离子水未达到规范要求。

（5）气体中含水量或含氧量不合要求。

（6）与芯片直接接触的工装、设备、器皿所引入的金属杂质、碱金属杂质、有机物等。

规定半导体工业的净化要求与宇航、精密仪器、医药等方面标准统一，净化标准定为三级：Ⅰ级环境。要求大于0.5um微粒超过3.5个/升，大于5.0um微粒数等于零。Ⅱ级环境.要求大于或0.5um的微粒不超过350个/升，大于5um的微粒不超过2.3个/升。Ⅲ级环境要求大于0.5um 的微粒不超过3500个/升，大于5um微粒不超过25个/升。

前工序芯片的生产主要在Ⅰ、Ⅱ级环境中，后工序封装测试可在Щ级环境中进行。为了控制微粒污染并保证一定的温度、湿度，是通过普通空调房（Ⅲ级），净化室（Ⅱ级），超净化工作台（Ⅰ级），等逐级实现所要求的净化条件。

原材料的缺陷也是影响产品的合格率的重要原因之一，相对于后工序封装来说，主要有半导体芯片、电极、封装环氧树脂和生产用气体。芯片是最主要的原材料，不能把不合格的芯片通过封装制成合格的器件。我们只有扩大对芯片的抽样检测来提高对芯片的检测水平（由于芯片特殊性，不能对所有芯片进行全检），保证质量不合格的批次不流到生产中，对合格的芯片在投入生产之前采用密封恒温干燥箱进行储存。电极的质量对放电管器件质量影响也较大，电极的外形尺寸直接影响到用户的安装，内部尺寸影响到产品的合格率，电极的镀层会影响外观还会影响芯片的焊接。

完好的生产设备和精确的测试仪器是生产合格产品的前提，所有测试仪器都在规定的时期内进行计量认证合格才能使用，所有测试和试验仪器都有两台以上来自不同的生产厂家，最大限度克服由于测试仪器在生产中出现的损坏和某些不可见的误差，造成对产品合格判别准确性的影响。

工艺控制是指在关键性环节进行测量和目检，并对检测的内容进行统计分析，来修正工艺。只有良好的工艺控制才能得到高成品率和高可靠性的产品，任何成熟的工艺都是相对于该器件当时发展水平，我们在保证现有的稳定和可靠的条件下，不断地改进工装和自动化程度，来提