深度解析IGBT芯片制造工艺中的焊接锡膏与封装硅凝胶对质量可靠性的影响! |
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IGBT模块是由IGBT(绝缘栅双极型晶体管芯片)与FWD(续流二极管芯片)通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品;封装后的IGBT模块直接应用于变频器、UPS不间断电源等设备上。 IGBT模块具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点;当前市场上销售的多为此类模块化产品,一般所说的IGBT也指IGBT模块;随着节能环保等理念的推进,此类产品在市场上将越来越多见。 IGBT是能源变换与传输的核心器件,俗称电力电子装置的“CPU”,作为国家战略性新兴产业,在轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域应用极广。 IGBT模块的制造工艺和流程 生产制造流程: 丝网印刷➔ 自动贴片➔真空回流焊接➔超声波清洗➔缺陷检测(X光)➔自动引线键合➔激光打标➔壳体塑封➔壳体灌胶与固化➔端子成形➔功能测试 IGBT封装技术 IGBT作为重要的电力电子的核心器件,其可靠性是决定整个装置安全运行的最重要因素。由于IGBT采取了叠层封装技术,该技术不但提高了封装密度,同时也缩短了芯片之间导线的互连长度,从而提高了器件的运行速率。但也正因为采用了此结构,IGBT的可靠性受到了严重挑战。 由于IGBT主要是用来实现电流的切换,会产生较大的功率损耗,因此散热是影响其可靠性的重要因素。 一、焊接层空洞是影响IGBT可靠性的重要因素 IGBT模块封装级的失效主要发生在结合线的连接处,芯片焊接处和基片焊接处等位置。尤其两个焊接处,是IGBT主要的热量传输通道,焊接处的焊接质量是影响其可靠性因素的重中之重。 研究表明,焊料层内的空洞会影响温度热循环,器件的散热性能降低,这也会促进温度的上升,影响期间在工作过程中的热循环,造成局部温度过高,从而加快模块的损坏。 有调查表明,工作温度每上升10℃,由温度引起的失效率增加一倍。并且,应力与应变之间存在着滞回现象,在不断地温度循环当中,材料的形状实时地发生改变,这又增加了焊料层的热疲劳。因此对于IBGT封装来说,最重要的就是要降低焊料层内的空洞。 图 不同空洞直径处温度分布 二、IGBT焊接层容易产生空洞的原因 焊接层空洞的产生,主要是由于焊接材料中的挥发物留着焊接层中造成,而IGBT的芯片通常都比较大,长会达到10mm-20mm,并且DBC的尺寸通常在20mm-40mm,如此大的焊接面积,给焊接材料中的挥发物挥发造成很大困难。因此IBGT焊接层的空洞成为人们极力解决的问题。而对于IGBT高可靠性的要求,空洞率必然是封装环节的一个重要控制因素。通常小家电、普通电气装备用的IGBT要求空洞率 |
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