阅读说明：本技术 一种防止银迁移的平面二极管芯片 (Planar diode chip for preventing silver migration ) 是由 邱志述 谭志伟 陈鹏 于 2021-08-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及涉及一种平面二极管芯片,特别是一种防止银迁移的平面二极管芯片,包括第一半导体层、设于第一半导体层表面的第二半导体层,所述第一半导体层和所述第二半导体层提供二极管结构；在第二半导体层外周的第一半导体层表面设有保护PN结的保护层；所述第二半导体层远离所述第一半导体层的表面设有第一金属层；所述第一金属层包括焊接层,所述焊接层位于所述第二半导体层中部。使得焊接层两端与半导体层两端的横向电场之间具有间隔,降低了横向电场的影响；同时焊接层表面到芯片侧面的距离加大,银电极到芯片侧面电极之间形成导电湿气薄膜的可能性降低,能够降低平面二极管芯片表面银迁移的风险。(The invention relates to a planar diode chip, in particular to a planar diode chip for preventing silver migration, which comprises a first semiconductor layer and a second semiconductor layer arranged on the surface of the first semiconductor layer, wherein the first semiconductor layer and the second semiconductor layer provide a diode structure; a protective layer for protecting the PN junction is arranged on the surface of the first semiconductor layer at the periphery of the second semiconductor layer; a first metal layer is arranged on the surface, away from the first semiconductor layer, of the second semiconductor layer; the first metal layer comprises a welding layer, and the welding layer is located in the middle of the second semiconductor layer. The interval is formed between the transverse electric fields at the two ends of the welding layer and the two ends of the semiconductor layer, so that the influence of the transverse electric fields is reduced; meanwhile, the distance from the surface of the welding layer to the side face of the chip is increased, the possibility of forming a conductive moisture film between the silver electrode and the side face electrode of the chip is reduced, and the risk of silver migration on the surface of the planar diode chip can be reduced.)

一种防止银迁移的平面二极管芯片

技术领域

本发明涉及一种平面二极管芯片，特别是一种防止银迁移的平面二极管芯片。

背景技术

平面工艺的二极管芯片，如图1所示，包括从下往上的第一半导体层、第二导电类型区和用于保护PN接的保护层。在第二导电类型区上表面设有第一金属层,第一金属层通常采用Ti/Ni/Ag。在横截面上，第一金属层宽度大于第一半导体层的宽度，如图1中，第一金属层向左右两侧分别超出第一半导体层。

由于第一金属层跨过第一半导体层，保护层靠近第一半导体层的位置，有横向电场，电离后的银离子在电场的作用下，容易向芯片侧面移动。芯片表面的金属银在电场作用下，容易产生银迁移。Ag离子迁移发生的条件是，①必须在两电极间的绝缘物表面或内部存在导电性或导电的湿气薄膜；②在两电极间施加了电压。它的发生机理是平面芯片表面Ag电极加上直流电压时，当Ag电极吸附了水分或含有卤素元素等时，阳极被电离。机理：在电场作用下，银单质作为电极电离水（H₂O）：H₂O→OH^-+H⁺。H⁺移向阴极，从阴极上获得电子变氢气（H₂）向空间逸放掉，而OH^-把阳极银溶解形成氢氧化银，其化学反应式为Ag→Ag⁺+e（氧化反应）。Ag⁺+OH^-→AgOH（还原反应）。由电化学反应生成的AgOH是不稳定的，很容易和空气中的氧或合成树脂中的基团反应，在阳极侧生成胶质状的氧化银，2AgOH→Ag₂O+H₂O，此时Ag⁺在电场作用下移动到负极，得到电子而还原为单质Ag。整个过程可以看作，Ag和H₂O在电场作用下，水被电解，银单质失去电子成为Ag⁺，在电场作用下移动到负极，得到电子还原为银单质。阳极银不断地被溶蚀，氧化银不断地成长，Ag⁺不断的在电场作用下移动，从阴极得到电子从而被还原析出Ag，累积形成银迁移树，最终阳极和阴极形成短路失效。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术中的平面二极管芯片中，第一金属层中的银离子在横向电场的作用下向芯片两侧迁移，导致阳极和阴极短路的问题，提供一种平面二极管芯片。该芯片通过将第一金属层的宽度设置为小于第二导电类型区的宽度，使得焊接层的边缘与第二导电类型区域的边缘之间存在间隔，降低了平面二极管芯片银迁移的风险。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种平面二极管芯片，包括第一半导体层、设于第一半导体层表面的第二半导体层，所述第一半导体层和所述第二半导体层提供二极管结构；在第二半导体层外周的第一半导体层表面设有保护PN结的保护层；

所述第二半导体层远离所述第一半导体层的表面设有第一金属层；所述第一金属层包括焊接层，所述焊接层位于所述第二半导体层中部。

所述焊接层位于所述第二半导体层上，直接与第二半导体的表面接触，也可以通过其他第一金属层与第二半导体层接通。焊接层保证芯片的可焊性。焊接层中包含银离子。所述焊接层位于所述第二半导体层中部是指，在芯片的侧剖图上，焊接层的宽度小于所述第二半导体层，且所述焊接层两端均与所述第二半导体层的端部具有间隔。焊接层下方电场为等电场，没有水平方向电场，即焊接层不会收到第二半导体层两端位置的横向电场的影响。在没有横向电场影响的情况下，即使焊接层中的银离子电离，也不会向芯片侧面两端移动。同时，焊接层表面到芯片侧面的距离加大，银电极到芯片侧面电极之间形成导电的湿气薄膜的可能性降低。能够降低平面二极管芯片表面银迁移的风险。

作为本发明的优选方案，所述焊接层为Ti/Ni/Ag层。

作为本发明的优选方案，所述第一金属层还包括导电层，所述的导电层位于所述焊接层和所述第二半导体层之间层。所述导电层为相对于银不易产生电离的金属。

作为本发明的优选方案，所述导电层覆盖所述第二半导体层。

在加工时，先蒸镀导电层将第二半导体层覆盖，再在导电层中部蒸镀含银的焊接层，将焊接层和导电层设置为层叠结构方便加工。含银的焊接层位于表层，保证可焊性，不影响芯片封装。

作为本发明的优选方案，其特征在于，所述第一金属层还包括导电层，所述导电层位于所述焊接层外周的第二半导体层表面。

作为本发明的优选方案，所述导电层为Ti/Al层或者Ti/Ni/Al层。

作为本发明的优选方案，所述焊接层的边缘与所述第二半导体层的边缘之间的距离为a，a≥2微米。

作为本发明的优选方案，所述二极管结构为PN二极管结构或者NP二极管结构。

作为本发明的优选方案，所述第二半导体层远离所述第一半导体层的表面设有第三半导体层；

所述第一半导体层、所述第二半导体层和所述第三半导体层提供NPN二极管结构或者PNP二极管结构。

作为本发明的优选方案，所述第三半导体层远离所述第二半导体层的表面设有第二金属层。

作为本发明的优选方案，所述第二金属层与所述第一金属层镜像设置。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明的平面二极管芯片，通过将含银的焊接层设置在第二半导体层中部，使得焊接层两端与半导体层两端的横向电场之间具有间隔，银离子不会受到横向电场的影响，能够避免银离子横向迁移；或者银离子受到电场的影响较小，横向偏移作用降低。同时焊接层表面到芯片侧面的距离加大，银电极到芯片侧面电极之间形成导电湿气薄膜的可能性降低，能够降低平面二极管芯片表面银迁移的风险。

2、本发明的平面二极管芯片，通过使用Ti/Ni/Ag层为焊接层，使用Ti/Al层或者Ti/Ni/Al层为导电层，将导电层设置在焊接层和第二半导体层之间，且能够覆盖第二半导体层。在保持了良好的可焊性同时，方便芯片加工。

附图说明

图1是现有技术中的平面二极管芯片的侧面结构示意图。

图2是现有技术中的平面二极管芯片的电场模拟示意图。

图3是现有技术中的平面二极管芯片的电场分布示意图。

图4是本发明的平面二极管芯片的侧面结构示意图。

图5是本发明实施例2的平面二极管芯片的侧面结构示意图。

图6是本发明实施例2的平面二极管芯片的电场模拟示意图。

图7是本发明实施例2的平面二极管芯片的电场分布示意图。

图8是本发明实施例2的平面二极管芯片的侧面结构尺寸示意图。

图9是本发明实施例3的平面二极管芯片的侧面结构示意图。

图标：1-第一半导体层；2-第二半导体层；3-保护层；4-焊接层；5-导电层；6-绝缘层。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种平面二极管芯片，如图4所示，包括第一半导体层1、设于第一半导体层1表面的第二半导体层2，所述第一半导体层1和所述第二半导体层2提供二极管结构；在第二半导体层2外周的第一半导体层1表面设有保护PN结的保护层3；

所述第二半导体层2远离所述第一半导体层1的表面设有第一金属层；所述第一金属层包括焊接层4，所述焊接层4位于所述第二半导体层2中部。

所述第一金属层还包括导电层5，所述的导电层5位于所述焊接层4和所述第二半导体层2之间层。所述导电层5为相对于银不易产生电离的金属。所述导电层5覆盖所述第二半导体层2。

其中，所述焊接层4为Ti/Ni/Ag层。所述导电层5为Ti/Al层或者Ti/Ni/Al层。

所述焊接层4的边缘与所述第二半导体层2的边缘之间的距离为a，a≥2微米。

所述第二半导体层2远离所述第一半导体层1的表面设有第三半导体层；所述第一半导体层1、所述第二半导体层2和所述第三半导体层提供NPN二极管结构或者PNP二极管结构。

所述第三半导体层远离所述第二半导体层2的表面设有第二金属层。所述第二金属层与所述第一金属层镜像设置。

在另外的实施方式中，所述二极管结构为PN二极管结构或者NP二极管结构。

芯片的制作工艺采用常规芯片制作工艺，只是在金属层蒸镀时，采用分层蒸镀的方式，先蒸镀制作导电层5，再在导电层5中部蒸镀焊接层4。

实施例2

本实施例为79mil平面TVS芯片，是在实施例1的结构基础上，在第二金属层和保护层3之间设有绝缘层6。如图5所示，第一半导体层1为P型，在第一半导体层1上下两侧分别设有第二半导体层2和第三半导体层，第二半导体层2和第三半导体层均为为N⁺型。第二半导体层2表面设有第一金属层，第三半导体层表面设有第二金属层，第一金属层和第三金属层镜像设置。

以侧剖图图5中上侧的第一金属层为例，在N⁺型第二半导体层2上侧设有Ti/Al的导电层5，导电层5向左右两侧覆盖第二半导体层2；焊接层4位于导电层5中部，左右两端与N+区域的边缘具有间距a。如图6和图7所示，中部的焊接层4不会受到第二半导体层2左右两侧的横向电场的影响。

具体的尺寸设置上，如图8所示，左右对称设置，以左侧尺寸为例，芯片N+型的第二半导体层2上表面为Ti/Al层作为导电层5，宽度为71mil，超过第二半导体层2的宽度。Ti/Al层上设有Ti/Ni/Ag层作为焊接层4，宽度为55mil，比第二半导体层2窄，位于第二半导体成上方内部。与现有技术中的直接设置韩进金属层的方式中，本实施例的含银的焊接层4边缘距离芯片边缘（图8中芯片左端）的距离由原方案4mil增加到12mil（图8中4+2+1.5+4.5=12），变为原宽度的3倍。为方便绘图示意距离，在图8中，距离以标注数值为准。

实施例3

本实施例与实施例1的差别在于，所述第一金属层中，导电层5和焊接层4的设置不同。如图9所示，所述第一金属层还包括导电层5，所述导电层5位于所述焊接层4外周的第二半导体层2表面。焊接层4直接与第二半导体层2表面接触。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。