IGBT功率器件模块封装结构演进趋势和IGBT模块清洗介绍

作为新型功率半导体器件的主流器件，IGBT应用非常广泛，如家用电器、电动汽车、铁路、充电基础设施、充电桩，光伏、风能，工业制造、电机驱动，以及储能等领域。

IGBT模块是新一代的功率半导体电子元件模块，诞生于20世纪80年代，并在90年代进行新一轮的改革升级，通过新技术的发展，现在的IGBT模块已经成为集通态压降低、开关速度快、高电压低损耗、大电流热稳定性好等等众多特点于一身，而这些技术特点正式IGBT模块取代旧式双极管成为电路制造中的重要电子器件的主要原因。

近些年，电动汽车的蓬勃发展带动了功率模块封装技术的更新迭代。目前电动汽车主逆变器功率半导体技术，代表着中等功率模块技术的先进水平，高可靠性、高功率密度并且要求成本竞争力是其首先需要满足的要求。

功率器件模块封装结构演进趋势
IGBT作为重要的电力电子的核心器件，其可靠性是决定整个装置安全运行的最重要因素。由于IGBT采取了叠层封装技术，该技术不但提高了封装密度，同时也缩短了芯片之间导线的互连长度，从而提高了器件的运行速率。
按照封装形式和复杂程度，IGBT产品可以分为裸片DIE、IGBT单管、IGBT模块和IPM模块。

1、裸片DIE：由一片晶圆切割而成的多颗裸片DIE；2、IGBT单管：由单颗DIE封装而成的IGBT分立器件，电流能力小，适用于家电等领域；3、IGBT模块：由多颗DIE并联封装而成，功率更大、散热能力更强，适用于新能源汽车、高铁、光伏发电等大功率领域；4、IPM模块：在IGBT模块外围增加其他功能的智能功率模块（IPM）；

IGBT被称成为“功率半导体皇冠上的明珠”，广泛应用于光伏电力发电、新能源汽车、轨道交通、配网建设、直流输电、工业控制等行业，下游需求市场巨大。IGBT的核心应用产品类型为IGBT模块。IGBT模块的市占率能够达到50%以上，而IPM模块和IGBT单管分别只有28%左右和20%左右。从产品的投资价值来看，由于IGBT模块的价值量最大，有利于企业快速提升产品规模，其投资价值最大。

IGBT 应用领域

实现IGBT国产化，不仅需要研发出一套集芯片设计、晶圆制造、封装测试、可靠性试验、系统应用等于一体的成熟工艺技术，更需要先进的工艺设备。

随着芯片减薄工艺的发展，对封装提出了更高的要求。封装环节关系到IGBT是否能形成更高的功率密度，能否适用于更高的温度、拥有更高的可用性、可靠性，更好地适应恶劣环境。

IGBT模块封装流程简介

1、丝网印刷：将锡膏按设定图形印刷于散热底板和DBC铜板表面，为自动贴片做好前期准备 印刷效果；
2、自动贴片：将IGBT芯片与FRED芯片贴装于DBC印刷锡膏表面；
IGBT封装环节包括：丝网印、贴片、键合、功能测试等环节。这其中任何一个看似简单的环节，都需要高水准的封装技术和设备配合完成。
例如贴片环节，将IGBT芯片与FRED芯片贴装于DBC印刷锡膏表面。这个过程需要对IGBT芯片进行取放，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。

随着新能源汽车行业的高速发展，对高功率、高密度的IGBT模块的需求急速增加，很多汽车厂商都已走上了IGBT自研道路，以满足整车生产需求，不再被上游产业链“卡脖子”。要生产具有高可靠性的IGBT模块，高精度芯片贴装设备必不可少。3、真空回流焊接：将完成贴片的DBC半成品置于真空炉内，进行回流焊接；高质量的焊接技术，才能生产出高可靠性的产品。一般回流焊炉在焊接过程中会残留气体，并在焊点内部形成气泡和空洞。超标的焊接气泡会对焊点可靠性产生负面的影响，包括：（1） 焊点机械强度下降；（2） 元器件和PCB电流通路减少；（3）高频器件的阻抗增加明显；4. 导热性降低导致元器件过度升温。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，相对于传统的回流焊，真空回流焊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，焊点空洞率大幅降低。低的空洞率对存在大面积焊盘的功率器件尤其重要，由于高功率器件需要通过这些大面积焊盘来传导电流和热能，所以减少焊点中的空洞，可以从根本上提高器件的导电导热性能。

4、超声波清洗：通过清洗剂对焊接完成后的DBC半成品进行清洗，以保证IGBT芯片表面洁净度满足键合打线要求求。
5、X-RAY缺陷检测：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；
6、自动键合：通过键合打线，IGBT芯片打线将各个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主要应用于WB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

▲高精度还原线弧
7、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；

8、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；
9、功率端子键合
10、壳体灌胶与固化：对壳体内部进行加注A、B胶并抽真空，高温固化 ，达到绝缘保护作用；
11、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；
12、功能测试：对成形后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 IGBT 模块成品。
功率半导体模块封装是其加工过程中一个非常关键的环节，它关系到功率半导体器件是否能形成更高的功率密度，能否适用于更高的温度、拥有更高的可用性、可靠性，更好地适应恶劣环境。功率半导体器件的封装技术特点为：设计紧凑可靠、输出功率大。其中的关键是使硅片与散热器之间的热阻达到最小，同样使模块输人输出接线端子之间的接触阻抗最低。

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。

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。

推荐使用 水基清洗剂产品。