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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(chǎng)效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)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(diǎn)。IGBT模塊生產(chǎn)過(guò)程主要是把晶圓貼片在陶瓷基板上,鍵合線,插針,點(diǎn)膠密封等過(guò)程。在閱讀本文之前,歡迎識(shí)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(shí)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(diǎn)圖

IGBT模塊工藝流程簡(jiǎn)介:

(1)貼晶圓:使用晶圓貼片機(jī)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(huì)將晶圓上的IGBT芯片自動(dòng)取下來(lái),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(jìn)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(dá)到焊接目的,需向爐內(nèi)注入氮?dú)庾鳛楸Wo(hù)氣以保證焊接質(zhì)量。
甲酸焊接過(guò)程化學(xué)反應(yīng)機(jī)理如下:HCOOH+MO→M+H2O+CO2

圖片

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

X射線檢測(cè),用來(lái)檢查IGBT模塊內(nèi)部的焊接效果,有無(wú)空洞等缺陷

(4)晶圓鍵合、一體針上錫:使用鍵合機(jī)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(guò)程需使用二次焊組裝機(jī)設(shè)備利用焊錫絲進(jìn)行焊點(diǎn)預(yù)上錫。

引線鍵合環(huán)節(jié),機(jī)器人通過(guò)圖像識(shí)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(dòng)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(jī)中,對(duì)模塊上的針腳進(jìn)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(wú)水乙醇作為清潔劑,單次清洗約24根針腳,時(shí)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(jìn)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?dú)庾鳛楸Wo(hù)氣以保證焊接質(zhì)量。
(7)密封:將半成品與外殼使用點(diǎn)膠及外框組裝機(jī)進(jìn)行組裝,在外殼點(diǎn)膠(廢氣產(chǎn)生量較少,可忽略不計(jì)),并通過(guò)螺釘將外殼安裝到銅底板上。該過(guò)程使用有機(jī)硅密封膠進(jìn)行點(diǎn)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(jī)將有機(jī)硅凝膠灌注到外殼內(nèi)(廢氣產(chǎn)生量較少,可忽略不計(jì)),然后使用固化機(jī)進(jìn)行固化。真空下,通過(guò)高溫(約110~130℃),將有機(jī)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(shí)間后再充氮?dú)?,接著加熱?20℃,保溫一定時(shí)間,待冷卻到室溫后,再打開(kāi)烤箱腔體取出工件。固化過(guò)程,在高溫下有機(jī)硅凝膠固化后形成柔軟透明或半透明的彈性體,固化過(guò)程產(chǎn)生G5固化廢氣;

(10)裝蓋板:安裝蓋板;
(11)測(cè)試:使用測(cè)試儀器進(jìn)行測(cè)試。此工序會(huì)產(chǎn)生不合格產(chǎn)品;

全自動(dòng)高溫阻斷測(cè)試,是在高溫高壓情況下考驗(yàn)IGBT的可靠性

(12)包裝入庫(kù):合格成品包裝入庫(kù)。


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