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IGBT功率模块的关键材料与关键清洗剂介绍

发布日期:2023-06-12 发布者: 浏览次数:4061

IGBT(绝缘栅双极型晶体管),是由 BJT(双极结型晶体三极管) 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,其具有自关断的特征。简单讲,是一个非通即断的开关,IGBT没有放大电压的功能,导通时可以看做导线,断开时当做开路。IGBT融合了BJT和MOSFET的两种器件的优点,如驱动功率小和饱和压降低等。

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IGBT兼具了MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)的优点,如高输入阻抗、低驱动功耗、快速开关能力等,以及BJT(双极型晶体管)的优点,如高电流承载能力、低导通压降等。因此,IGBT在功率电子领域具有广泛的应用前景。IGBT模块主要由以下几个部分组成:IGBT芯片、键合导线、封装结构(基板、散热、硅凝胶等)、驱动与保护电路


(一)  IGBT芯片


IGBT芯片是整个模块的核心部分,其内部结构包括P型衬底、N型缓冲层、N型漂移层、P型注入层以及绝缘栅氧化层等。其中,漂移层是为了提高模块的耐压能力而设置的。


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图片拍摄与比亚迪半导体展台

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(二)导线键合


为了确保电流能从IGBT芯片传输到外部电路,需要在芯片与焊盘之间进行导线键合。这一过程中使用的导线材料通常为铝或金。




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(三)  封装结构


IGBT模块的封装结构主要包括基板、陶瓷层、散热片等。基板用于支撑IGBT芯片,陶瓷层用于绝缘,散热片则负责散热。此外,封装结构还包括一些外部引线、焊盘等用于连接外部电路的部件。




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IGBT模块示意图,来源拜高高分子


硅凝胶作为一种特殊的电子灌封材料,除具备有机硅类灌封胶独特的耐候和耐老化性能、优异的耐高 低温性能、良好的疏水性和电绝缘性能之外,还具有内应力小、抗冲击性好、粘附力强的优点,是IGBT模块灌封的首选材料。


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IGBT硅凝胶是一种低应力,十分柔软的有机硅凝胶。灌封到IGBT模组上后,它的低应力,凝胶柔软性,不仅能够达到比较理想的抗冲击、减震效果,同时,凝胶表面的粘性,粘接在IGBT模组上,也能很好的达到防水防潮的保护效果。不仅如此,IGBT硅凝胶优异的电气绝缘性能,如高介电强度和体积电阻率,也能能够保护IGBT模块。image.png

图片来源,上海拜高高分子材料有限公司


IGBT封装采用的陶瓷覆铜载板主要有DBC(直接键合覆铜)和AMB(活性钎焊覆铜)两种类型。与DBC采用直接热压敷合陶瓷/铜的方式不同,AMB的陶瓷和铜之间有钎料填充和参加界面反应,所以能够获得极低的界面空洞率和非常牢靠的界面结合。另外,由于陶瓷和铜复合机理的不同,DBC一般仅适用于Al2O3等氧化物陶瓷,应用于AlN时陶瓷表面必须进行预氧化,对于Si3N4陶瓷的适用难度较大,而AMB陶瓷覆铜工艺能直接适用于包括Al2O3、AlN、Si3N4在内的各种类型的陶瓷。


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图片来源:华清电子


功率模块封装所采用的塑料框架(Plastic Fram)必须达到很高的技术要求,如在工作温度区间内(如轨道交通用IGBT模块长期运行温度为-55~125℃)具有较高的的拉伸强度且机械强度稳定,能承受短期超过250℃的高温以适用中低功率模块的焊接工艺。此外所选用的材料必须具有很好的电气绝缘性能,相对电痕指数(Comparative Tracking Index, CTI)要求较高且能承受高度的电磁污染,无卤和氧化锑等害物质且能满足激光打标等要求等。
IGBT模块的塑封材料基本上采用PBT或PPS,但也有采用PPA、PA、LCP等材料的情况。日本通常使用PPS,而欧美则更喜欢采用PPA。目前市场上常见的壳体材料主要还是集中在PBT和PPS上。在耐温要求不高的情况下,PBT仍然是被广泛采用的材料。然而,对于高耐温要求的器件,例如SiC运行功率较高的情况下,通常需要采用高温材料PPS或9T。


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图片来源,赛恩吉

IGBT器件是功率变流装置的核芯,广泛应用于电动/混合动力汽车、轨道交通、变频家电、电力工程、可再生能源和智能电网等领域,是电力电子最重要的大功率主流器件之一。

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图片来源:可俐星


IGBT模块的正常工作时温度范围是-40°C~150°C,所以要维持IGBT芯片的正常工作就需要散热器帮助其散热,IGBT功率模块性能的提升很大程度上依赖散热性能的改善。


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图片来源:江苏固家智能科技有限公司


铝基碳化硅(AlSiC)被称为金属化的陶瓷材料,是一种颗粒增强铝基复合材料,采用铝合金作为基体,碳化硅作为增强体,充分结合了金属铝和陶瓷的不同优势,从出现伊始,就得到封装热管理行业的青睐,也是目前高功率IGBT模块封装最佳的选择。


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铝基碳化硅散热件,来源珠海亿特立新材料有限公司


(四)  驱动与保护电路
IGBT模块需要一个驱动电路来控制其开关,同时还需要一定的保护电路来防止过热、过压等异常情况。这些电路通常集成在模块内部或者以外部附件的形式存在。


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(五) IGBT功率器件清洗

为应对能源危机和生态环境恶化等问题,世界各国均在大力发展新能源汽车、高压直流输电等新兴应用,促进了大功率电力电子变流装置的广泛应用。大功率变流装置的可靠性对这些应用而言十分重要。装置的可靠性与其核心器件IGBT密切相关。

目前,大量的IGBT仍在采用传统的正溴丙烷等溶剂清洗清洗,随着对环保的管控和对产品可靠性的要求不断提高,原有的传统溶剂清洗已不能满足IGBT清洗。对此,合明提出新型的IGBT清洗方案。

半水基清洗工艺解决方案,采用 专利配方,可在清洗IGBT凹槽内存在大量的锡膏残留的同时去除金属界面高温氧化膜,更含有保护芯片独特的材料;配方材料亲水性强,清洗后易于用水漂洗干净。

欢迎使用 半水基清洗剂清洗IGBT功率器件。

以上便是IGBT功率器件清洗剂厂,IGBT功率器件的DCB衬底功能介绍,希望可以帮到您!


Tips:

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以上为本公司一些经验的累积,因工艺问题内容广泛,没有面面俱到,只对常见问题作分析,随着电子产业的不断更新换代,新的工艺问题也不断出现,本公司自成立以来不断的追求产品的创新,做到与时俱进,熟悉各种生产复杂工艺,能为各种客户提供全方位的工艺、设备、材料的清洗解决方案支持。

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