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常見的汽車IGBT模塊封裝類型與IGBT模塊的生產流程介紹

合明科技 ?? 4307 Tags:車規級IGBTIGBT芯片IGBT芯片封裝清洗

隨著國內新能源汽車產業的快速發展,產業鏈上游大有逐步完成國產替代,甚至引領世界的趨勢,諸如整車品牌、動力電池、電池材料等等已經走得比較靠前。而汽車電控IGBT模塊是新能源汽車最核心的功率器件,之前一直被諸如英飛凌、安森美、賽米控、三菱電機等國外供應商壟斷,但隨著比亞迪半導體、斯達半導、中車時代、士蘭微、翠展微等國內供應商的崛起,目前在一定程度上已經能夠滿足國產需求

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:汽車電控IGBT模塊市場情況

常見的汽車IGBT模

塊封裝類型有哪些?

Econodual系列半橋封裝,應用在商用車上為主,主要規格為1200V/450A,1200V/600A等;

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HP1全橋封裝,主要用在中小功率車型上,包括部分A級車、絕大部分的A0、A00車,峰值功率一般在70kW以內,型號以650V400A為主,其他規格如750V300A、750V400A、750V550A等;

HPD全橋封裝,中大功率型車上使用,大部分A級車及以上,以750V820A的規格占據市場主流,其他規格如750V550A等;

DC6全橋封裝,基于UVW三相全橋的整體式封裝方案,具備封裝緊湊,功率密度高,散熱性能好等特點;

TO247單管并聯,市場上也有少量使用TO247單管封裝的電控系統方案。使用單管并聯方案的優勢主要有兩點:①單管方案可以實現靈活的線路設計,需要多大的電流就用相應的單管并聯就好了,所以成本也有一定優勢;②寄生電感問題比IGBT模塊好解決。但是使用單管并聯也存在一些待解決的難點:①每個并聯單管之間均流和平衡比較困難,一致性比較難得到保障,例如實現同時的開斷,相同的電流、溫度等;②客戶的系統設計、工藝難度非常大;③接口比較多,對產線的要求很高。


IGBT模塊的生產流程

IGBT行業的門檻非常高。除了芯片的設計和生產,IGBT模塊封裝測試的開發和生產等環節同樣有著非常高的技術要求和工藝要求。


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圖:IGBT標準封裝結構橫切面


如上圖所示,可以看到IGBT模塊橫切面的界面,目前殼封工藝的模塊基本結構都相差不大。IGBT模塊封裝的流程大致如下:

貼片→真空回流焊接→超聲波清洗→X-ray缺陷檢測→引線鍵合→靜態測試→二次焊接→殼體灌膠與固化→端子成形→功能測試(動態測試、絕緣測試、反偏測試)

貼片,首先將IGBT wafer上的每一個die貼片到DBC上。DBC是覆銅陶瓷基板,中間是陶瓷,雙面覆銅,DBC類似PCB起到導電和電氣隔離等作用,常用的陶瓷絕緣材料為氧化鋁(Al2O3)和氮化鋁(AlN);

真空焊接,貼片后通過真空焊接將die與DBC固定,一般焊料是錫片或錫膏;

X-ray空洞檢測,需要檢測在敢接過程中出現的氣泡情況,即空洞,空洞的存在將會嚴重影響器件的熱阻和散熱效率,以致出現過溫、燒壞、爆炸等問題。一般汽車IGBT模塊要求空洞率低于1%;

接下來是wire bonding工藝,用金屬線將die和DBC鍵合,使用最多的是鋁線,其他常用的包括銅線、銅帶、鋁帶;

中間會有一系列的外觀檢測、靜態測試,過程中有問題的模塊直接報廢;

重復以上工序將DBC焊接和鍵合到銅底板上,然后是灌膠、封殼、激光打碼等工序;

出廠前會做最后的功能測試,包括電氣性能的動態測試、絕緣測試、反偏測試等等。


車規級IGBT芯片封裝清洗:

合明科技研發的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。

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。

合明科技運用自身原創的產品技術,滿足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術要求,打破國外廠商在行業中的壟斷地位,為芯片封裝材料全面國產自主提供強有力的支持。

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