工业级IGBT模块封装工艺流程概述和IGBT清洗介绍

工业级IGBT模块封装工艺流程概述

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor），绝缘栅双极型晶体管，是由BJT（双极型三极管）和MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。工业级IGBT模块封装工艺流程包含多个步骤，以下是详细介绍：

一、丝网印刷 丝网印刷是IGBT模块封装的起始步骤。在这个过程中，将锡膏按设定图形印刷于散热底板和DBC（Direct Bonded Copper，直接键合铜）铜板表面。这一步骤的主要目的是为自动贴片做好前期准备，确保后续贴片操作时芯片能够准确、稳固地附着在相应位置。印刷的效果直接影响到后续贴片的质量，如果印刷不均匀或者锡膏量不合适，可能会导致贴片时芯片粘贴不牢固或者出现短路等问题。这一过程需要高精度的丝网印刷设备，以保证锡膏印刷的准确性和一致性 。

二、自动贴片 自动贴片环节是将IGBT芯片与FRED（Fast Recovery Diode，快恢复二极管）芯片贴装于DBC印刷锡膏表面。这一过程并非简单的放置，对于贴片机有着很高的要求。因为需要对IGBT芯片进行取放操作，要确保贴片良率和效率，就要求以电机为核心的贴片机具有高速、高频、高精力控等特点。在这个过程中，芯片的放置位置、角度等参数都需要精确控制，任何微小的偏差都可能影响整个IGBT模块的性能。例如，芯片位置不准确可能会导致电路连接不畅或者电气性能不稳定等问题。随着新能源汽车等行业对IGBT模块需求的增加，特别是对高功率、高密度IGBT模块的需求，自动贴片环节的重要性更加凸显 。

三、真空回流焊接 完成贴片后的DBC半成品会被置于真空炉内进行回流焊接。传统的回流焊炉在焊接过程中会残留气体，这些气体在焊点内部形成气泡和空洞。而真空回流焊接工艺是在回流焊接过程中引入真空环境的一种回流焊接技术。在产品进入回流区的后段，制造一个真空环境，大气压力可以降到5mbar（500pa）以下，并保持一定的时间，从而实现真空与回流焊接的结合。此时焊点仍处于熔融状态，而焊点外部环境则接近真空，由于焊点内外压力差的作用，使得焊点内的气泡很容易从中溢出，进而大幅降低焊点空洞率。低的空洞率对存在大面积焊盘的功率器件尤其重要，因为高功率器件需要通过这些大面积焊盘来传导电流和热能，减少焊点中的空洞，可以从根本上提高器件的导电导热性能 。

四、超声波清洗 焊接完成后的DBC半成品需要进行超声波清洗。通过清洗剂对焊接后的半成品进行清洗，主要目的是保证IGBT芯片表面洁净度满足键合打线要求。在焊接过程中，可能会有一些杂质、残留物附着在芯片表面，如果不进行清洗，这些杂质会影响后续的键合操作，导致键合不良，进而影响整个模块的电气连接性能。例如，杂质可能会使键合线与芯片之间的连接不牢固，增加接触电阻等问题。清洗设备有效容积约3.2L，以无水乙醇作为清洁剂，单次清洗约24根针脚，时间约一分钟 。

五、X - RAY缺陷检测 这一环节是通过X光检测筛选出空洞大小符合标准的半成品，防止不良品流入下一道工序。由于在焊接过程中可能会产生空洞等缺陷，而这些缺陷会影响IGBT模块的性能和可靠性，所以通过X - RAY检测能够准确地发现内部存在的问题。例如，空洞可能会导致局部过热、电气性能下降等问题，及时检测并筛选出有问题的半成品，可以提高整个生产过程的成品率和产品质量 。

六、自动键合 自动键合是通过键合打线，将各个IGBT芯片或DBC间连结起来，形成完整的电路结构。半导体键合AOI（Automated Optical Inspection，自动光学检测）主要应用于WB（Wire Bonding，引线键合）段后的检测，可为IGBT生产提供焊料、焊线、焊点、DBC表面、芯片表面、插针等全面的检测。在这个过程中，键合点的选择、键合的力度、时间及键合机的参数设置、键合过程中应用的夹具设计、员工操作方式等等都会影响到产品的质量和成品率。例如，如果键合力度过大可能会损坏芯片或者键合线，力度过小则可能导致连接不牢固 。

七、激光打标 对IGBT模块壳体表面进行激光打标，标明产品型号、日期等信息。这一步骤有助于产品的识别、追溯和管理。激光打标具有精度高、永久性、不易磨损等优点，能够清晰地标记出产品的相关信息，方便在生产、销售、使用和维护过程中对产品进行区分和管理 。

八、壳体塑封 对壳体进行点胶并加装底板，起到粘合底板的作用。这一步骤可以保护内部的芯片和电路结构，防止外界环境因素（如灰尘、湿气等）对其造成损害。壳体塑封的质量直接影响到IGBT模块的密封性和稳定性，如果塑封不好，可能会导致水分进入模块内部，引起短路或者腐蚀等问题 。

九、功率端子键合 将功率端子与相应的电路结构进行键合，确保电流能够有效地从外部电路传输到IGBT模块内部或者从模块内部传输到外部电路。这一过程同样需要精确的键合操作，以保证电气连接的可靠性和稳定性 。

十、壳体灌胶与固化 对壳体内部进行加注A、B胶并抽真空，然后进行高温固化，达到绝缘保护作用。在真空下，通过高温（约110 - 130℃），将有机硅凝胶固化。先将工件放入真空烤箱内，然后关闭烤箱腔体，抽真空，保压一段时间后再充氮气，接着加热至120℃，保温一定时间，待冷却到室温后，再打开烤箱腔体取出工件。固化过程中，有机硅凝胶固化后形成柔软透明或半透明的弹性体。这一步骤可以提高IGBT模块的绝缘性能，保护内部电路免受外界电场的干扰，同时也能够增强模块的机械强度，防止在使用过程中受到机械冲击而损坏 。

十一、封装、端子成形 对产品进行加装顶盖并对端子进行折弯成形。这一步骤完成了IGBT模块的整体封装结构，使模块具有完整的外形和便于使用的端子连接方式。端子成形的准确性和质量直接影响到模块与外部设备的连接效果，如果端子成形不良，可能会导致连接不牢固或者出现接触不良等问题 。

十二、功能测试 最后是对成形后的产品进行高低温冲击检验、老化检验后，测试IGBT静态参数、动态参数以符合出厂标准，从而得到IGBT模块成品。功能测试是确保产品质量和性能的关键环节，通过各种测试手段来检验IGBT模块在不同工作条件下的性能是否符合要求。例如，高低温冲击检验可以测试模块在极端温度环境下的稳定性，老化检验可以模拟长时间使用后的性能变化情况。只有通过了严格的功能测试，IGBT模块才能被判定为合格产品并进入市场 。

工业级IGBT模块

IGBT芯片封装清洗剂选择：

水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要，一旦选定，就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

污染物有多种，可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气，通电后发生电化学迁移，形成树枝状结构体，造成低电阻通路，破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层，在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物，还有粒状污染物，例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等，这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

这么多污染物，到底哪些才是最备受关注的呢？助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中，它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分，焊后必然存在热改性生成物，这些物质在所有污染物中的占据主导，从产品失效情况来而言，焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素，离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降，松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大，严重者导致开路失效，因此焊后必须进行严格的清洗，才能保障电路板的质量。

研发的水基清洗剂配合合适的清洗工艺能为芯片封装前提供洁净的界面条件。

运用自身原创的产品技术，满足芯片封装工艺制程清洗的高难度技术要求，打破国外厂商在行业中的垄断地位，为芯片封装材料全面国产自主提供强有力的支持。

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