IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor),絕緣柵雙極型晶體管,是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件,兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點。GTR飽和壓降低,載流密度大,但驅(qū)動電流較大;MOSFET驅(qū)動功率很小,開關(guān)速度快,但導(dǎo)通壓降大,載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點,驅(qū)動功率小而飽和壓降低。非常適合應(yīng)用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機、變頻器、開關(guān)電源、照明電路、牽引傳動等領(lǐng)域。
IGBT模塊是由IGBT(絕緣柵雙極型晶體管芯片)與FWD(續(xù)流二極管芯片)通過特定的電路橋接封裝而成的模塊化半導(dǎo)體產(chǎn)品;封裝后的IGBT模塊直接應(yīng)用于變頻器、UPS不間斷電源等設(shè)備上;IGBT模塊具有節(jié)能、安裝維修方便、散熱穩(wěn)定等特點;當(dāng)前市場上銷售的多為此類模塊化產(chǎn)品,一般所說的IGBT也指IGBT模塊;隨著節(jié)能環(huán)保等理念的推進,此類產(chǎn)品在市場上將越來越多見;IGBT是能源變換與傳輸?shù)暮诵钠骷?,俗稱電力電子裝置的“CPU”,作為國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),在軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天、電動汽車與新能源裝備等領(lǐng)域應(yīng)用極廣。絲網(wǎng)印刷→自動貼片→真空回流焊接→超聲波清洗→缺陷檢測(X光)→自動引線鍵合→激光打標(biāo)→殼體塑封→殼體灌膠與固化→端子成形→功能測試
IGBT作為重要的電力電子的核心器件,其可靠性是決定整個裝置安全運行的最重要因素。由于IGBT采取了疊層封裝技術(shù),該技術(shù)不但提高了封裝密度,同時也縮短了芯片之間導(dǎo)線的互連長度,從而提高了器件的運行速率。但也正因為采用了此結(jié)構(gòu),IGBT的可靠性受到了嚴(yán)重挑戰(zhàn)。由于IGBT主要是用來實現(xiàn)電流的切換,會產(chǎn)生較大的功率損耗,因此散熱是影響其可靠性的重要因素。
IGBT模塊封裝級的失效主要發(fā)生在結(jié)合線的連接處,芯片焊接處和基片焊接處等位置。尤其兩個焊接處,是IGBT主要的熱量傳輸通道,焊接處的焊接質(zhì)量是影響其可靠性因素的重中之重。
研究表明,焊料層內(nèi)的空洞會影響溫度熱循環(huán),器件的散熱性能降低,這也會促進溫度的上升,影響期間在工作過程中的熱循環(huán),造成局部溫度過高,從而加快模塊的損壞。有調(diào)查表明,工作溫度每上升10℃,由溫度引起的失效率增加一倍。并且,應(yīng)力與應(yīng)變之間存在著滯回現(xiàn)象,在不斷地溫度循環(huán)當(dāng)中,材料的形狀實時地發(fā)生改變,這又增加了焊料層的熱疲勞。因此對于IBGT封裝來說,最重要的就是要降低焊料層內(nèi)的空洞。
焊接層空洞的產(chǎn)生,主要是由于焊接材料中的揮發(fā)物留著焊接層中造成,而IGBT的芯片通常都比較大,長會達到10mm-20mm,并且DBC的尺寸通常在20mm-40mm,如此大的焊接面積,給焊接材料中的揮發(fā)物揮發(fā)造成很大困難。因此IBGT焊接層的空洞成為人們極力解決的問題。而對于IGBT高可靠性的要求,空洞率必然是封裝環(huán)節(jié)的一個重要控制因素。通常小家電、普通電氣裝備用的IGBT要求空洞率<5%,對于軌道交通、航空航天 等領(lǐng)域,空洞率要求更加苛刻,甚至需要達到0.1%以下。
1、焊片:是當(dāng)前IBGT領(lǐng)域使用最為廣泛的焊料
優(yōu)點:有機組份使用量少,空洞低。缺點:操作不方便;每種產(chǎn)品需要特定尺寸的焊片。
2、錫膏:使用錫膏是近幾年IGBT封裝領(lǐng)域逐漸興起的工藝
優(yōu)點:操作方便,成本低,適用各種規(guī)格產(chǎn)品的焊接。
缺點:大量有機組分揮發(fā)容易造成空洞;必須清洗掉殘留物。使用錫膏焊接,為了促進錫膏內(nèi)揮發(fā)物的揮發(fā),通常會將錫膏印刷成若干矩形的陣列,尤其印刷在基板與DBC之間的錫膏,錫膏之間的通道會方便揮發(fā)物的排出。但這要求錫膏的揮發(fā)性和潤濕性與工藝有很好的匹配,否則在溝槽處很容易產(chǎn)生空洞。
對于要求高的IGBT產(chǎn)品須使用真空爐焊接,真空負壓有利于錫膏中揮發(fā)物的排出。但真空度和真空時機應(yīng)與錫膏匹配,否則不易達到理想的效果。為適應(yīng)市場對IBGT焊錫膏低空洞率和高可靠性的要求,深圳市晨日科技股份有限公司在十多年來在半導(dǎo)體封裝材料、LED封裝材料和電子組裝材料技術(shù)研發(fā)的基礎(chǔ)上,開發(fā)出了MO3和S03(水洗)兩款I(lǐng)GBT封裝無鉛錫膏和GT40 IGBT封裝有機硅凝膠
- SAC305合金,三號粉,適用于IGBT封裝,S03為水洗錫音
- 滿足超細間距印刷工藝性要求,操作窗口寬,持續(xù)印刷一致性好
- 膠體固化后柔軟有彈性,表面粘手,對許多基材的粘附性和密封性能良好;
- 耐高低溫(-50℃-250℃),并具有優(yōu)異的電氣絕緣性能;
GT40 是晨日科技開發(fā)的一種低粘度雙組分高透明有機硅凝膠,可室溫固化,具有防潮、抗震、耐溫、自愈合等特性,主要適用于IGBT模塊和其他精密電子元件的密封和灌封。