IGBT生產流程及工藝

IGBT生產流程

晶圓生產

IGBT芯片的生產首先需要進行晶圓生產，這一步驟包括硅提煉及提純、單晶硅生長、晶圓成型三個步驟。目前國際主流是8英寸晶圓，部分晶圓廠12英寸產線逐步投產。晶圓尺寸越大，良品率越高，最終生產的單個器件成本越低，市場競爭力越大1。

芯片設計

芯片設計是IGBT制造的前期關鍵流程，主流的商業化產品基于Trench-FS設計，不同廠家設計的IGBT芯片特點不同，表現在性能上有一定差異1。

芯片制造

芯片制造是IGBT生產的重要環節，它高度依賴于產線設備和工藝。全球能制造出頂尖光刻機的廠商不足五家。要把先進的芯片設計在工藝上實現有非常大的難度，尤其是薄片工藝和背面工藝，目前這方面國內還有一些差距1。

器件封裝

器件封裝是生產的后道工序，需要完整的封裝產線。IGBT模塊的封裝流程一般是：芯片和DBC焊接綁線→DBC和銅底板焊接→安裝外殼→灌注硅膠→密封→終測1。

IGBT生產工藝

真空焊接爐

生產IGBT需要用到的設備有很多，主要有真空焊接爐、一次邦線機、二次邦線機、推拉力測試機、成品動態測試機、高溫烘箱、氮氣烘箱、清洗臺、DBC靜態測試機等1。

X-Ray檢測

在IGBT模塊封裝過程中，會使用X光進行缺陷檢測2。

貼晶圓

使用晶圓貼片機將切合的IGBT晶圓和錫片貼裝到DBC基板上；貼片設備會將晶圓上的IGBT芯片自動取下來，放置到固定的襯板上，形成IGBT模塊的電路3。

真空回流焊

根據客戶需求，將貼好晶圓的DBC基板送入回流爐中，在爐內進行加熱熔化（一次回流爐使用電加熱，工作溫度245℃，持續工作7分鐘左右），以氣態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，以此達到焊接目的，需向爐內注入氮氣作為保護氣以保證焊接質量3。

檢測

使用檢測設備對焊接口進行平面和立體成像檢測，不合格的產品經人工維修合格后進入下一工序3。

超聲波清洗

將焊接完成后的半成品置于插針機中，對模塊上的針腳進行加蓋超聲波清洗，主要清洗焊接后針腳上殘留的松香3。

真空回流焊（二次）

根據客戶需求，將鍵合完的DBC基板送入回流爐中，在爐內進行加熱熔化（二次回流爐使用電加熱，工作溫度245℃，持續工作8分鐘左右），以氣態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，需向爐內注入氮氣作為保護氣以保證焊接質量3。

密封

將半成品與外殼使用點膠及外框組裝機進行組裝，在外殼點膠（廢氣產生量較少，可忽略不計），并通過螺釘將外殼安裝到銅底板上3。

超聲波焊接

使用超聲波焊接設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3。

灌封、固化

常溫下，使用灌膠機將有機硅凝膠灌注到外殼內（廢氣產生量較少，可忽略不計），然后使用固化機進行固化。固化過程，在高溫下有機硅凝膠固化后形成柔軟透明或半透明的彈性體，固化過程產生G5固化廢氣3。

裝蓋板

安裝蓋板3。

測試

使用測試儀器進行測試3。

包裝入庫

合格成品包裝入庫

 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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