工業(yè)級(jí)IGBT模塊封裝工藝流程概述

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor），絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT（雙極型三極管）和MOS（絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管）組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。工業(yè)級(jí)IGBT模塊封裝工藝流程包含多個(gè)步驟，以下是詳細(xì)介紹：

一、絲網(wǎng)印刷 絲網(wǎng)印刷是IGBT模塊封裝的起始步驟。在這個(gè)過程中，將錫膏按設(shè)定圖形印刷于散熱底板和DBC（Direct Bonded Copper，直接鍵合銅）銅板表面。這一步驟的主要目的是為自動(dòng)貼片做好前期準(zhǔn)備，確保后續(xù)貼片操作時(shí)芯片能夠準(zhǔn)確、穩(wěn)固地附著在相應(yīng)位置。印刷的效果直接影響到后續(xù)貼片的質(zhì)量，如果印刷不均勻或者錫膏量不合適，可能會(huì)導(dǎo)致貼片時(shí)芯片粘貼不牢固或者出現(xiàn)短路等問題。這一過程需要高精度的絲網(wǎng)印刷設(shè)備，以保證錫膏印刷的準(zhǔn)確性和一致性 。

二、自動(dòng)貼片 自動(dòng)貼片環(huán)節(jié)是將IGBT芯片與FRED（Fast Recovery Diode，快恢復(fù)二極管）芯片貼裝于DBC印刷錫膏表面。這一過程并非簡(jiǎn)單的放置，對(duì)于貼片機(jī)有著很高的要求。因?yàn)樾枰獙?duì)IGBT芯片進(jìn)行取放操作，要確保貼片良率和效率，就要求以電機(jī)為核心的貼片機(jī)具有高速、高頻、高精力控等特點(diǎn)。在這個(gè)過程中，芯片的放置位置、角度等參數(shù)都需要精確控制，任何微小的偏差都可能影響整個(gè)IGBT模塊的性能。例如，芯片位置不準(zhǔn)確可能會(huì)導(dǎo)致電路連接不暢或者電氣性能不穩(wěn)定等問題。隨著新能源汽車等行業(yè)對(duì)IGBT模塊需求的增加，特別是對(duì)高功率、高密度IGBT模塊的需求，自動(dòng)貼片環(huán)節(jié)的重要性更加凸顯 。

三、真空回流焊接 完成貼片后的DBC半成品會(huì)被置于真空爐內(nèi)進(jìn)行回流焊接。傳統(tǒng)的回流焊爐在焊接過程中會(huì)殘留氣體，這些氣體在焊點(diǎn)內(nèi)部形成氣泡和空洞。而真空回流焊接工藝是在回流焊接過程中引入真空環(huán)境的一種回流焊接技術(shù)。在產(chǎn)品進(jìn)入回流區(qū)的后段，制造一個(gè)真空環(huán)境，大氣壓力可以降到5mbar（500pa）以下，并保持一定的時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)真空與回流焊接的結(jié)合。此時(shí)焊點(diǎn)仍處于熔融狀態(tài)，而焊點(diǎn)外部環(huán)境則接近真空，由于焊點(diǎn)內(nèi)外壓力差的作用，使得焊點(diǎn)內(nèi)的氣泡很容易從中溢出，進(jìn)而大幅降低焊點(diǎn)空洞率。低的空洞率對(duì)存在大面積焊盤的功率器件尤其重要，因?yàn)楦吖β势骷枰ㄟ^這些大面積焊盤來傳導(dǎo)電流和熱能，減少焊點(diǎn)中的空洞，可以從根本上提高器件的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能 。

四、超聲波清洗 焊接完成后的DBC半成品需要進(jìn)行超聲波清洗。通過清洗劑對(duì)焊接后的半成品進(jìn)行清洗，主要目的是保證IGBT芯片表面潔凈度滿足鍵合打線要求。在焊接過程中，可能會(huì)有一些雜質(zhì)、殘留物附著在芯片表面，如果不進(jìn)行清洗，這些雜質(zhì)會(huì)影響后續(xù)的鍵合操作，導(dǎo)致鍵合不良，進(jìn)而影響整個(gè)模塊的電氣連接性能。例如，雜質(zhì)可能會(huì)使鍵合線與芯片之間的連接不牢固，增加接觸電阻等問題。清洗設(shè)備有效容積約3.2L，以無水乙醇作為清潔劑，單次清洗約24根針腳，時(shí)間約一分鐘 。

五、X - RAY缺陷檢測(cè) 這一環(huán)節(jié)是通過X光檢測(cè)篩選出空洞大小符合標(biāo)準(zhǔn)的半成品，防止不良品流入下一道工序。由于在焊接過程中可能會(huì)產(chǎn)生空洞等缺陷，而這些缺陷會(huì)影響IGBT模塊的性能和可靠性，所以通過X - RAY檢測(cè)能夠準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)內(nèi)部存在的問題。例如，空洞可能會(huì)導(dǎo)致局部過熱、電氣性能下降等問題，及時(shí)檢測(cè)并篩選出有問題的半成品，可以提高整個(gè)生產(chǎn)過程的成品率和產(chǎn)品質(zhì)量 。

六、自動(dòng)鍵合 自動(dòng)鍵合是通過鍵合打線，將各個(gè)IGBT芯片或DBC間連結(jié)起來，形成完整的電路結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體鍵合AOI（Automated Optical Inspection，自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)）主要應(yīng)用于WB（Wire Bonding，引線鍵合）段后的檢測(cè)，可為IGBT生產(chǎn)提供焊料、焊線、焊點(diǎn)、DBC表面、芯片表面、插針等全面的檢測(cè)。在這個(gè)過程中，鍵合點(diǎn)的選擇、鍵合的力度、時(shí)間及鍵合機(jī)的參數(shù)設(shè)置、鍵合過程中應(yīng)用的夾具設(shè)計(jì)、員工操作方式等等都會(huì)影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和成品率。例如，如果鍵合力度過大可能會(huì)損壞芯片或者鍵合線，力度過小則可能導(dǎo)致連接不牢固 。

七、激光打標(biāo) 對(duì)IGBT模塊殼體表面進(jìn)行激光打標(biāo)，標(biāo)明產(chǎn)品型號(hào)、日期等信息。這一步驟有助于產(chǎn)品的識(shí)別、追溯和管理。激光打標(biāo)具有精度高、永久性、不易磨損等優(yōu)點(diǎn)，能夠清晰地標(biāo)記出產(chǎn)品的相關(guān)信息，方便在生產(chǎn)、銷售、使用和維護(hù)過程中對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行區(qū)分和管理 。

八、殼體塑封 對(duì)殼體進(jìn)行點(diǎn)膠并加裝底板，起到粘合底板的作用。這一步驟可以保護(hù)內(nèi)部的芯片和電路結(jié)構(gòu)，防止外界環(huán)境因素（如灰塵、濕氣等）對(duì)其造成損害。殼體塑封的質(zhì)量直接影響到IGBT模塊的密封性和穩(wěn)定性，如果塑封不好，可能會(huì)導(dǎo)致水分進(jìn)入模塊內(nèi)部，引起短路或者腐蝕等問題 。

九、功率端子鍵合 將功率端子與相應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行鍵合，確保電流能夠有效地從外部電路傳輸?shù)絀GBT模塊內(nèi)部或者從模塊內(nèi)部傳輸?shù)酵獠侩娐?。這一過程同樣需要精確的鍵合操作，以保證電氣連接的可靠性和穩(wěn)定性 。

十、殼體灌膠與固化 對(duì)殼體內(nèi)部進(jìn)行加注A、B膠并抽真空，然后進(jìn)行高溫固化，達(dá)到絕緣保護(hù)作用。在真空下，通過高溫（約110 - 130℃），將有機(jī)硅凝膠固化。先將工件放入真空烤箱內(nèi)，然后關(guān)閉烤箱腔體，抽真空，保壓一段時(shí)間后再充氮?dú)?，接著加熱?20℃，保溫一定時(shí)間，待冷卻到室溫后，再打開烤箱腔體取出工件。固化過程中，有機(jī)硅凝膠固化后形成柔軟透明或半透明的彈性體。這一步驟可以提高IGBT模塊的絕緣性能，保護(hù)內(nèi)部電路免受外界電場(chǎng)的干擾，同時(shí)也能夠增強(qiáng)模塊的機(jī)械強(qiáng)度，防止在使用過程中受到機(jī)械沖擊而損壞 。

十一、封裝、端子成形 對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行加裝頂蓋并對(duì)端子進(jìn)行折彎成形。這一步驟完成了IGBT模塊的整體封裝結(jié)構(gòu)，使模塊具有完整的外形和便于使用的端子連接方式。端子成形的準(zhǔn)確性和質(zhì)量直接影響到模塊與外部設(shè)備的連接效果，如果端子成形不良，可能會(huì)導(dǎo)致連接不牢固或者出現(xiàn)接觸不良等問題 。

十二、功能測(cè)試 最后是對(duì)成形后的產(chǎn)品進(jìn)行高低溫沖擊檢驗(yàn)、老化檢驗(yàn)后，測(cè)試IGBT靜態(tài)參數(shù)、動(dòng)態(tài)參數(shù)以符合出廠標(biāo)準(zhǔn)，從而得到IGBT模塊成品。功能測(cè)試是確保產(chǎn)品質(zhì)量和性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過各種測(cè)試手段來檢驗(yàn)IGBT模塊在不同工作條件下的性能是否符合要求。例如，高低溫沖擊檢驗(yàn)可以測(cè)試模塊在極端溫度環(huán)境下的穩(wěn)定性，老化檢驗(yàn)可以模擬長(zhǎng)時(shí)間使用后的性能變化情況。只有通過了嚴(yán)格的功能測(cè)試，IGBT模塊才能被判定為合格產(chǎn)品并進(jìn)入市場(chǎng) 。

工業(yè)級(jí)IGBT模塊

IGBT芯片封裝清洗劑選擇：

水基清洗的工藝和設(shè)備配置選擇對(duì)清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會(huì)作為一個(gè)長(zhǎng)期的使用和運(yùn)行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環(huán)境中的濕氣，通電后發(fā)生電化學(xué)遷移，形成樹枝狀結(jié)構(gòu)體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長(zhǎng)枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內(nèi)的浮點(diǎn)、灰塵、塵埃等，這些污染物會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)質(zhì)量降低、焊接時(shí)焊點(diǎn)拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。

這么多污染物，到底哪些才是最備受關(guān)注的呢？助焊劑或錫膏普遍應(yīng)用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤(rùn)濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質(zhì)在所有污染物中的占據(jù)主導(dǎo)，從產(chǎn)品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產(chǎn)品質(zhì)量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質(zhì)引發(fā)接觸電阻增大，嚴(yán)重者導(dǎo)致開路失效，因此焊后必須進(jìn)行嚴(yán)格的清洗，才能保障電路板的質(zhì)量。

合明科技研發(fā)的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。

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