IGBT產業鏈的主要企業與IGBT模組封裝技術和清洗介紹

IGBT產業鏈概述

IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）是功率半導體的一種，因其具有高頻率、高電壓、大電流、易于開關等優良性能，被業界譽為功率變流裝置的“CPU”。在中國，隨著以軌道交通為代表的新興市場興起，中國已經成為全球IGBT最大需求市場。

IGBT產業鏈的主要企業

IDM廠商

·         株洲中車時代電氣：中國中車旗下股份制企業，形成了集IGBT產品設計、芯片制造等成套技術研究、開發、集成于一體的大功率IGBT產業化基地。

·         深圳比亞迪微電子：致力于集成電路及功率器件的開發并提供產品應用的整套解決方案，已相繼掌握IGBT芯片設計和制造、模組設計和制造等環節。

·         杭州士蘭微電子股份有限公司：從集成電路芯片設計業務開始，逐步搭建了特色工藝的芯片制造平臺，并已將技術和制造平臺延伸至功率器件、功率模塊等。

·         吉林華微電子股份有限公司：集功率半導體器件設計研發、芯片加工、封裝測試及產品營銷為一體。

·         重慶華潤微電子（重慶）有限公司：集半導體設計、研發、制造與服務一體化，以功率半導體器件、功率/模擬集成電路為產業基礎。

模組廠商

·         西安永電、西安愛帕克、威海新佳、江蘇宏微、嘉興斯達、南京銀茂、深圳比亞迪等。

芯片設計廠商

·         中科君芯、西安芯派、寧波達新、無錫同方微、無錫新潔能、山東科達等。

一、IGBT技術發展歷程

IGBT技術自上世紀80年代至今，已經經歷了六代技術的發展演變。這個過程中，面對的是大量的結構設計調整和工藝上的難題。主要從三方面發展演變：一是器件縱向結構，二是柵極結構，三是硅片的加工工藝。

IGBT產業鏈的應用領域

IGBT廣泛應用于軌道交通、航空航天、船舶驅動、智能電網、新能源、交流變頻、風力發電、電機傳動、汽車等強電控制等產業領域。

二、IGBT模組最新技術情況分析

IGBT驅動器的技術要求

1. 動態驅動能力強 現代IGBT驅動器需要具備提供陡峭前后沿的驅動脈沖的能力，這對于減少IGBT在開關過程中產生的損耗至關重要。當IGBT在硬開關方式下工作時，會產生較大的開關損耗，尤其是在工作頻率較高時，這種情況更加嚴重。為了降低開關損耗，驅動器必須能夠快速地建立或消除IGBT柵源電壓，這就要求驅動器具有足夠的瞬時電流吞吐能力。

2. 正確的柵壓提供 IGBT驅動器需要為IGBT提供適當的正向和反向柵壓。正向柵壓過高可能會導致IGBT損壞，而反向柵壓則可以確保IGBT在受到噪聲干擾時仍能可靠地截止。通常，正向柵壓應保持在+15V左右，而反向柵壓則應為5~15V。

3. 輸入輸出電隔離 為了保證設備的正常工作和維護人員的安全，IGBT驅動器還需要具備足夠的輸入輸出電隔離能力。這種電隔離不應影響驅動信號的正常傳輸。

4. 柵壓限幅電路 為了保護IGBT的柵極不被擊穿，驅動器內部通常會集成柵壓限幅電路。這個電路的作用是確保柵極電壓不會超出其最大安全電壓范圍（一般為±20V）。

5. 過流保護和軟關斷 當IGBT處于負載短路或過流狀態時，驅動器能夠在IGBT允許的時間內通過逐漸降低柵壓來自動抑制故障電流，實現軟關斷。這樣可以避免快速關斷造成的過高的di/dt，從而保護IGBT免受損害。

IGBT驅動器的形式與特點

1. 光電耦合驅動器 一種常見的IGBT驅動器形式是光電耦合驅動器，它通過分立的元件提供正向脈沖和負向封鎖脈沖。這種驅動器的特點是雙側都有有源部分，提供的脈沖寬度可以不受限制。此外，它可以通過檢測IGBT通態集電極電壓來實現過流和短路保護，并且可以對外送出過流信號。目前，這種驅動器多以厚膜電路的形式出現，具有使用方便、一致性及穩定性較好的優點。不過，它需要較多的工作電源，并且光電耦合器的輸入輸出間耐壓一般為交流2500V，對于某些場合可能不夠。

2. 驅動電路的抗干擾能力 為了保證IGBT的正常工作，驅動電路應具備較強的抗干擾能力。這是因為IGBT的控制、驅動及保護電路等應與其高速開關特性相匹配。此外，在未采取適當的防靜電措施情況下，G-E斷不能開路。

三、IGBT模塊封裝工藝流程

IGBT模塊封裝工藝流程是一個復雜的過程，涉及到多個關鍵步驟和輔助工序。以下是根據提供的搜索結果整理的IGBT模塊封裝工藝流程的主要步驟：

1. 焊接和邦線

·         一次焊接：這是封裝過程的第一步，主要是將IGBT芯片和其他組件初步固定在一起。

·         一次邦線：緊接著一次焊接之后進行，這一步驟是為了將芯片和DBC（鋁氧化物或氮化鋁）等部件通過金屬線連接起來。

2. 組裝和封殼

·         組裝：在完成焊接和邦線之后，會進行組裝，這包括將各個部件按照設計要求組合在一起。

·         上外殼和涂密封膠：組裝完成后，會為其加上外殼，并在縫隙處涂抹密封膠，以保證模塊的防水防塵性能。

3. 固化和灌注

·         固化：密封膠需要足夠的時間固化，這個過程通常需要在特定的溫度和壓力條件下進行。

·         灌硅凝膠：固化之后，會進行硅凝膠的灌注，這一步驟是為了進一步提高模塊的散熱能力和機械穩定性。

4. 老化篩選

·         老化篩選：最后，IGBT模塊會經過老化篩選過程，這是為了檢驗其在長時間工作下的穩定性和可靠性。

輔助工序

除了上述主要步驟外，IGBT模塊封裝還包含一些輔助工序，如等離子處理、超聲掃描、測試、打標等。這些工序有助于提高模塊的性能和質量，確保其在各種工作環境下的可靠運行。

四、 IGBT 模塊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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