工業級IGBT模塊封裝工藝流程概述

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（絕緣柵型場效應管）組成的復合全控型電壓驅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點。工業級IGBT模塊封裝工藝流程包含多個步驟，以下是詳細介紹：

一、絲網印刷 絲網印刷是IGBT模塊封裝的起始步驟。在這個過程中，將錫膏按設定圖形印刷于散熱底板和DBC（Direct Bonded Copper，直接鍵合銅）銅板表面。這一步驟的主要目的是為自動貼片做好前期準備，確保后續貼片操作時芯片能夠準確、穩固地附著在相應位置。印刷的效果直接影響到后續貼片的質量，如果印刷不均勻或者錫膏量不合適，可能會導致貼片時芯片粘貼不牢固或者出現短路等問題。這一過程需要高精度的絲網印刷設備，以保證錫膏印刷的準確性和一致性 。

二、自動貼片 自動貼片環節是將IGBT芯片與FRED（Fast Recovery Diode，快恢復二極管）芯片貼裝于DBC印刷錫膏表面。這一過程并非簡單的放置，對于貼片機有著很高的要求。因為需要對IGBT芯片進行取放操作，要確保貼片良率和效率，就要求以電機為核心的貼片機具有高速、高頻、高精力控等特點。在這個過程中，芯片的放置位置、角度等參數都需要精確控制，任何微小的偏差都可能影響整個IGBT模塊的性能。例如，芯片位置不準確可能會導致電路連接不暢或者電氣性能不穩定等問題。隨著新能源汽車等行業對IGBT模塊需求的增加，特別是對高功率、高密度IGBT模塊的需求，自動貼片環節的重要性更加凸顯 。

三、真空回流焊接 完成貼片后的DBC半成品會被置于真空爐內進行回流焊接。傳統的回流焊爐在焊接過程中會殘留氣體，這些氣體在焊點內部形成氣泡和空洞。而真空回流焊接工藝是在回流焊接過程中引入真空環境的一種回流焊接技術。在產品進入回流區的后段，制造一個真空環境，大氣壓力可以降到5mbar（500pa）以下，并保持一定的時間，從而實現真空與回流焊接的結合。此時焊點仍處于熔融狀態，而焊點外部環境則接近真空，由于焊點內外壓力差的作用，使得焊點內的氣泡很容易從中溢出，進而大幅降低焊點空洞率。低的空洞率對存在大面積焊盤的功率器件尤其重要，因為高功率器件需要通過這些大面積焊盤來傳導電流和熱能，減少焊點中的空洞，可以從根本上提高器件的導電導熱性能 。

四、超聲波清洗 焊接完成后的DBC半成品需要進行超聲波清洗。通過清洗劑對焊接后的半成品進行清洗，主要目的是保證IGBT芯片表面潔凈度滿足鍵合打線要求。在焊接過程中，可能會有一些雜質、殘留物附著在芯片表面，如果不進行清洗，這些雜質會影響后續的鍵合操作，導致鍵合不良，進而影響整個模塊的電氣連接性能。例如，雜質可能會使鍵合線與芯片之間的連接不牢固，增加接觸電阻等問題。清洗設備有效容積約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 。

五、X - RAY缺陷檢測 這一環節是通過X光檢測篩選出空洞大小符合標準的半成品，防止不良品流入下一道工序。由于在焊接過程中可能會產生空洞等缺陷，而這些缺陷會影響IGBT模塊的性能和可靠性，所以通過X - RAY檢測能夠準確地發現內部存在的問題。例如，空洞可能會導致局部過熱、電氣性能下降等問題，及時檢測并篩選出有問題的半成品，可以提高整個生產過程的成品率和產品質量 。

六、自動鍵合 自動鍵合是通過鍵合打線，將各個IGBT芯片或DBC間連結起來，形成完整的電路結構。半導體鍵合AOI（Automated Optical Inspection，自動光學檢測）主要應用于WB（Wire Bonding，引線鍵合）段后的檢測，可為IGBT生產提供焊料、焊線、焊點、DBC表面、芯片表面、插針等全面的檢測。在這個過程中，鍵合點的選擇、鍵合的力度、時間及鍵合機的參數設置、鍵合過程中應用的夾具設計、員工操作方式等等都會影響到產品的質量和成品率。例如，如果鍵合力度過大可能會損壞芯片或者鍵合線，力度過小則可能導致連接不牢固 。

七、激光打標 對IGBT模塊殼體表面進行激光打標，標明產品型號、日期等信息。這一步驟有助于產品的識別、追溯和管理。激光打標具有精度高、永久性、不易磨損等優點，能夠清晰地標記出產品的相關信息，方便在生產、銷售、使用和維護過程中對產品進行區分和管理 。

八、殼體塑封 對殼體進行點膠并加裝底板，起到粘合底板的作用。這一步驟可以保護內部的芯片和電路結構，防止外界環境因素（如灰塵、濕氣等）對其造成損害。殼體塑封的質量直接影響到IGBT模塊的密封性和穩定性，如果塑封不好，可能會導致水分進入模塊內部，引起短路或者腐蝕等問題 。

九、功率端子鍵合 將功率端子與相應的電路結構進行鍵合，確保電流能夠有效地從外部電路傳輸到IGBT模塊內部或者從模塊內部傳輸到外部電路。這一過程同樣需要精確的鍵合操作，以保證電氣連接的可靠性和穩定性 。

十、殼體灌膠與固化 對殼體內部進行加注A、B膠并抽真空，然后進行高溫固化，達到絕緣保護作用。在真空下，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，然后關閉烤箱腔體，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。固化過程中，有機硅凝膠固化后形成柔軟透明或半透明的彈性體。這一步驟可以提高IGBT模塊的絕緣性能，保護內部電路免受外界電場的干擾，同時也能夠增強模塊的機械強度，防止在使用過程中受到機械沖擊而損壞 。

十一、封裝、端子成形 對產品進行加裝頂蓋并對端子進行折彎成形。這一步驟完成了IGBT模塊的整體封裝結構，使模塊具有完整的外形和便于使用的端子連接方式。端子成形的準確性和質量直接影響到模塊與外部設備的連接效果，如果端子成形不良，可能會導致連接不牢固或者出現接觸不良等問題 。

十二、功能測試 最后是對成形后的產品進行高低溫沖擊檢驗、老化檢驗后，測試IGBT靜態參數、動態參數以符合出廠標準，從而得到IGBT模塊成品。功能測試是確保產品質量和性能的關鍵環節，通過各種測試手段來檢驗IGBT模塊在不同工作條件下的性能是否符合要求。例如，高低溫沖擊檢驗可以測試模塊在極端溫度環境下的穩定性，老化檢驗可以模擬長時間使用后的性能變化情況。只有通過了嚴格的功能測試，IGBT模塊才能被判定為合格產品并進入市場 。

工業級IGBT模塊

IGBT芯片封裝清洗劑選擇：

水基清洗的工藝和設備配置選擇對清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會作為一個長期的使用和運行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環境中的濕氣，通電后發生電化學遷移，形成樹枝狀結構體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內的浮點、灰塵、塵埃等，這些污染物會導致焊點質量降低、焊接時焊點拉尖、產生氣孔、短路等等多種不良現象。

這么多污染物，到底哪些才是最備受關注的呢？助焊劑或錫膏普遍應用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質在所有污染物中的占據主導，從產品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產品質量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質引發接觸電阻增大，嚴重者導致開路失效，因此焊后必須進行嚴格的清洗，才能保障電路板的質量。

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