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IGBT模塊生產(chǎn)工藝流程及主要設(shè)備

52 2023-06-05
IGBT模塊

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),絕緣柵雙極型晶體管,是由BJT(雙極型三極管)MOS(絕緣柵型場效應(yīng)管)組成的復合全控型電壓驅(qū)動式功率半導體器件,兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優(yōu)點。IGBT模塊生產(chǎn)過程主要是把晶圓貼片在陶瓷基板上,鍵合線,插針,點膠密封等過程。在閱讀本文之前,歡迎識別二維碼加入艾邦I(lǐng)GBT產(chǎn)業(yè)微信群;

下面是一張IGBT實物圖,可以看出主要的物料有IGBT芯片,二極管,五金件,鍵合絲,陶瓷基板,外殼等。

IGBT模塊生產(chǎn)工藝流程如下所示:

IGBT模塊工藝流程及產(chǎn)污節(jié)點圖

IGBT模塊工藝流程簡介:

(1)貼晶圓:使用晶圓貼片機將切合的IGBT晶圓和錫片貼裝到DBC基板上;

IGBT晶圓,上面被分割成一顆顆的正是IGBT芯片。貼片設(shè)備會將晶圓上的IGBT芯片自動取下來,放置到固定的襯板上,形成IGBT模塊的電路

(2)真空回流焊(一次):根據(jù)客戶需求,將貼好晶圓的DBC基板送入回流爐中,在爐內(nèi)進行加熱熔化(一次回流爐使用電加熱,工作溫度245℃,持續(xù)工作7分鐘左右), 以氣態(tài)的甲酸與錫片金屬表面的氧化物生成甲酸金屬鹽,并在高溫下裂解還原金屬,以此達到焊接目的,需向爐內(nèi)注入氮氣作為保護氣以保證焊接質(zhì)量。
甲酸焊接過程化學反應(yīng)機理如下:HCOOH+MO→M+H2O+CO2

圖片

(3)檢測:使用檢測設(shè)備對焊接口進行平面和立體成像檢測,不合格的產(chǎn)品經(jīng)人工維修合格后進入下一工序;

X射線檢測,用來檢查IGBT模塊內(nèi)部的焊接效果,有無空洞等缺陷

(4)晶圓鍵合、一體針上錫:使用鍵合機利用鍵合線連接一體針與DBC基板的上銅層、DBC基板與底板,該過程需使用二次焊組裝機設(shè)備利用焊錫絲進行焊點預(yù)上錫。

引線鍵合環(huán)節(jié),機器人通過圖像識別技術(shù)定位,然后使用超聲波引線鍵合技術(shù)將芯片與芯片之間的電路自動連接完整。

(5)超聲波清洗:將焊接完成后的半成品置于插針機中,對模塊上的針腳進行加蓋超聲波清洗,主要清洗焊接后針腳上殘留的松香。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,時間約一分鐘。
(6)真空回流焊(二次):根據(jù)客戶需求,將鍵合完的DBC基板送入回流爐中,在爐內(nèi)進行加熱熔化(二次回流爐使用電加熱,工作溫度245℃,持續(xù)工作8分鐘左右),以氣態(tài)的甲酸與錫片金屬表面的氧化物生成甲酸金屬鹽,并在高溫下裂解還原金屬,以此將DBC基板焊接到銅基板上,需向爐內(nèi)注入氮氣作為保護氣以保證焊接質(zhì)量。
(7)密封:將半成品與外殼使用點膠及外框組裝機進行組裝,在外殼點膠(廢氣產(chǎn)生量較少,可忽略不計),并通過螺釘將外殼安裝到銅底板上。該過程使用有機硅密封膠進行點膠;

(8)超聲波焊接:使用超聲波焊接設(shè)備將端子與半成品焊接,不使用助焊劑及焊材,屬于摩擦焊接;

(9)灌封、固化:常溫下,使用灌膠機將有機硅凝膠灌注到外殼內(nèi)(廢氣產(chǎn)生量較少,可忽略不計),然后使用固化機進行固化。真空下,通過高溫(約110~130℃),將有機硅凝膠固化。先將工件放入真空烤箱內(nèi),然后關(guān)閉烤箱腔體,抽真空,保壓一段時間后再充氮氣,接著加熱至120℃,保溫一定時間,待冷卻到室溫后,再打開烤箱腔體取出工件。固化過程,在高溫下有機硅凝膠固化后形成柔軟透明或半透明的彈性體,固化過程產(chǎn)生G5固化廢氣;

(10)裝蓋板:安裝蓋板;
(11)測試:使用測試儀器進行測試。此工序會產(chǎn)生不合格產(chǎn)品;

全自動高溫阻斷測試,是在高溫高壓情況下考驗IGBT的可靠性

(12)包裝入庫:合格成品包裝入庫。


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