IGBT产业链的主要企业与IGBT模组封装技术和清洗介绍

IGBT产业链概述

IGBT（绝缘栅双极型晶体管）是功率半导体的一种，因其具有高频率、高电压、大电流、易于开关等优良性能，被业界誉为功率变流装置的“CPU”。在中国，随着以轨道交通为代表的新兴市场兴起，中国已经成为全球IGBT最大需求市场。

IGBT产业链的主要企业

IDM厂商

·         株洲中车时代电气：中国中车旗下股份制企业，形成了集IGBT产品设计、芯片制造等成套技术研究、开发、集成于一体的大功率IGBT产业化基地。

·         深圳比亚迪微电子：致力于集成电路及功率器件的开发并提供产品应用的整套解决方案，已相继掌握IGBT芯片设计和制造、模组设计和制造等环节。

·         杭州士兰微电子股份有限公司：从集成电路芯片设计业务开始，逐步搭建了特色工艺的芯片制造平台，并已将技术和制造平台延伸至功率器件、功率模块等。

·         吉林华微电子股份有限公司：集功率半导体器件设计研发、芯片加工、封装测试及产品营销为一体。

·         重庆华润微电子（重庆）有限公司：集半导体设计、研发、制造与服务一体化，以功率半导体器件、功率/模拟集成电路为产业基础。

模组厂商

·         西安永电、西安爱帕克、威海新佳、江苏宏微、嘉兴斯达、南京银茂、深圳比亚迪等。

芯片设计厂商

·         中科君芯、西安芯派、宁波达新、无锡同方微、无锡新洁能、山东科达等。

一、IGBT技术发展历程

IGBT技术自上世纪80年代至今，已经经历了六代技术的发展演变。这个过程中，面对的是大量的结构设计调整和工艺上的难题。主要从三方面发展演变：一是器件纵向结构，二是栅极结构，三是硅片的加工工艺。

IGBT产业链的应用领域

IGBT广泛应用于轨道交通、航空航天、船舶驱动、智能电网、新能源、交流变频、风力发电、电机传动、汽车等强电控制等产业领域。

二、IGBT模组最新技术情况分析

IGBT驱动器的技术要求

1. 动态驱动能力强 现代IGBT驱动器需要具备提供陡峭前后沿的驱动脉冲的能力，这对于减少IGBT在开关过程中产生的损耗至关重要。当IGBT在硬开关方式下工作时，会产生较大的开关损耗，尤其是在工作频率较高时，这种情况更加严重。为了降低开关损耗，驱动器必须能够快速地建立或消除IGBT栅源电压，这就要求驱动器具有足够的瞬时电流吞吐能力。

2. 正确的栅压提供 IGBT驱动器需要为IGBT提供适当的正向和反向栅压。正向栅压过高可能会导致IGBT损坏，而反向栅压则可以确保IGBT在受到噪声干扰时仍能可靠地截止。通常，正向栅压应保持在+15V左右，而反向栅压则应为5~15V。

3. 输入输出电隔离 为了保证设备的正常工作和维护人员的安全，IGBT驱动器还需要具备足够的输入输出电隔离能力。这种电隔离不应影响驱动信号的正常传输。

4. 栅压限幅电路 为了保护IGBT的栅极不被击穿，驱动器内部通常会集成栅压限幅电路。这个电路的作用是确保栅极电压不会超出其最大安全电压范围（一般为±20V）。

5. 过流保护和软关断 当IGBT处于负载短路或过流状态时，驱动器能够在IGBT允许的时间内通过逐渐降低栅压来自动抑制故障电流，实现软关断。这样可以避免快速关断造成的过高的di/dt，从而保护IGBT免受损害。

IGBT驱动器的形式与特点

1. 光电耦合驱动器 一种常见的IGBT驱动器形式是光电耦合驱动器，它通过分立的元件提供正向脉冲和负向封锁脉冲。这种驱动器的特点是双侧都有有源部分，提供的脉冲宽度可以不受限制。此外，它可以通过检测IGBT通态集电极电压来实现过流和短路保护，并且可以对外送出过流信号。目前，这种驱动器多以厚膜电路的形式出现，具有使用方便、一致性及稳定性较好的优点。不过，它需要较多的工作电源，并且光电耦合器的输入输出间耐压一般为交流2500V，对于某些场合可能不够。

2. 驱动电路的抗干扰能力 为了保证IGBT的正常工作，驱动电路应具备较强的抗干扰能力。这是因为IGBT的控制、驱动及保护电路等应与其高速开关特性相匹配。此外，在未采取适当的防静电措施情况下，G-E断不能开路。

三、IGBT模块封装工艺流程

IGBT模块封装工艺流程是一个复杂的过程，涉及到多个关键步骤和辅助工序。以下是根据提供的搜索结果整理的IGBT模块封装工艺流程的主要步骤：

1. 焊接和邦线

·         一次焊接：这是封装过程的第一步，主要是将IGBT芯片和其他组件初步固定在一起。

·         一次邦线：紧接着一次焊接之后进行，这一步骤是为了将芯片和DBC（铝氧化物或氮化铝）等部件通过金属线连接起来。

2. 组装和封壳

·         组装：在完成焊接和邦线之后，会进行组装，这包括将各个部件按照设计要求组合在一起。

·         上外壳和涂密封胶：组装完成后，会为其加上外壳，并在缝隙处涂抹密封胶，以保证模块的防水防尘性能。

3. 固化和灌注

·         固化：密封胶需要足够的时间固化，这个过程通常需要在特定的温度和压力条件下进行。

·         灌硅凝胶：固化之后，会进行硅凝胶的灌注，这一步骤是为了进一步提高模块的散热能力和机械稳定性。

4. 老化筛选

·         老化筛选：最后，IGBT模块会经过老化筛选过程，这是为了检验其在长时间工作下的稳定性和可靠性。

辅助工序

除了上述主要步骤外，IGBT模块封装还包含一些辅助工序，如等离子处理、超声扫描、测试、打标等。这些工序有助于提高模块的性能和质量，确保其在各种工作环境下的可靠运行。

四、 IGBT 模块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。

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