IGBT模塊生產(chǎn)工藝流程及主要設(shè)備

IGBT模塊生產(chǎn)工藝流程及主要設(shè)備IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)，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(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。IGBT模塊生產(chǎn)過程主要是把晶圓貼片在陶瓷基板上，鍵合線，插針，點(diǎn)膠密封等過程。在閱讀本文之前，歡迎識別二維碼加入艾邦I(lǐng)GBT產(chǎn)業(yè)微信群；下面是一張IGBT實(shí)物圖，可以看出主要的物料有IGBT芯片，二極管，五金件，鍵合絲，陶瓷基板，外殼等。

IGBT模塊生產(chǎn)工藝流程如下所示：IGBT模塊工藝流程及產(chǎn)污節(jié)點(diǎn)圖

IGBT模塊工藝流程簡介：（1）貼晶圓：使用晶圓貼片機(jī)將切合的IGBT晶圓和錫片貼裝到DBC基板上；IGBT晶圓，上面被分割成一顆顆的正是IGBT芯片。貼片設(shè)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（2）真空回流焊（一次）：根據(jù)客戶需求，將貼好晶圓的DBC基板送入回流爐中，在爐內(nèi)進(jìn)行加熱熔化（一次回流爐使用電加熱，工作溫度245℃，持續(xù)工作7分鐘左右），以氣態(tài)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(dá)到焊接目的，需向爐內(nèi)注入氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣以保證焊接質(zhì)量。甲酸焊接過程化學(xué)反應(yīng)機(jī)理如下：HCOOH+MO→M+H2O+CO2圖片來源：智新半導(dǎo)體（3）檢測：使用檢測設(shè)備對焊接口進(jìn)行平面和立體成像檢測，不合格的產(chǎn)品經(jīng)人工維修合格后進(jìn)入下一工序；X射線檢測，用來檢查IGBT模塊內(nèi)部的焊接效果，有無空洞等缺陷（4）晶圓鍵合、一體針上錫：使用鍵合機(jī)利用鍵合線連接一體針與DBC基板的上銅層、DBC基板與底板，該過程需使用二次焊組裝機(jī)設(shè)備利用焊錫絲進(jìn)行焊點(diǎn)預(yù)上錫。引線鍵合環(huán)節(jié)，機(jī)器人通過圖像識別技術(shù)定位，然后使用超聲波引線鍵合技術(shù)將芯片與芯片之間的電路自動連接完整。（5）超聲波清洗：將焊接完成后的半成品置于插針機(jī)中，對模塊上的針腳進(jìn)行加蓋超聲波清洗，主要清洗焊接后針腳上殘留的松香。清洗設(shè)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。（6）真空回流焊（二次）：根據(jù)客戶需求，將鍵合完的DBC基板送入回流爐中，在爐內(nèi)進(jìn)行加熱熔化（二次回流爐使用電加熱，工作溫度245℃，持續(xù)工作8分鐘左右），以氣態(tài)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(nèi)注入氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣以保證焊接質(zhì)量。（7）密封：將半成品與外殼使用點(diǎn)膠及外框組裝機(jī)進(jìn)行組裝，在外殼點(diǎn)膠（廢氣產(chǎn)生量較少，可忽略不計），并通過螺釘將外殼安裝到銅底板上。該過程使用有機(jī)硅密封膠進(jìn)行點(diǎn)膠；（8）超聲波焊接：使用超聲波焊接設(shè)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；（9）灌封、固化：常溫下，使用灌膠機(jī)將有機(jī)硅凝膠灌注到外殼內(nèi)（廢氣產(chǎn)生量較少，可忽略不計），然后使用固化機(jī)進(jìn)行固化。真空下，通過高溫（約110~130℃），將有機(jī)硅凝膠固化。先將工件放入真空烤箱內(nèi)，然后關(guān)閉烤箱腔體，抽真空，保壓一段時間后再充氮?dú)猓又訜嶂?20℃，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，在高溫下有機(jī)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(chǎn)生G5固化廢氣；（10）裝蓋板：安裝蓋板；（11）測試：使用測試儀器進(jìn)行測試。此工序會產(chǎn)生不合格產(chǎn)品；全自動高溫阻斷測試，是在高溫高壓情況下考驗(yàn)IGBT的可靠性（12）包裝入庫：合格成品包裝入庫。

主要設(shè)施設(shè)備一覽表：IGBT模塊生產(chǎn)線序號設(shè)備名稱用途/備注1晶圓貼片機(jī)放置晶圓2一次回流爐焊接晶圓，電加熱3二次回流爐焊接晶圓，電加熱4超聲焊接機(jī)焊接端子5鍵合機(jī)晶圓鍵合6插針機(jī)上針、超聲波清洗一體7二次焊組裝機(jī)焊接基板8點(diǎn)膠及外框組裝機(jī)密封9灌膠機(jī)灌封10封蓋機(jī)裝蓋板11固化機(jī)固化有機(jī)硅凝膠，電加熱122DX-Ray無損檢測設(shè)備測試13超高分辨率3DX-Ray顯微鏡測試14DBC中測機(jī)測試15動靜態(tài)測試機(jī)測試16老化測試機(jī)測試17氮?dú)夤褚旱?m3*218線體上下料上下料19AGV自動導(dǎo)引運(yùn)輸車

檢測研發(fā)設(shè)備1超聲波掃描顯微鏡（C-SAM）2DBC動態(tài)測試3DBC靜態(tài)測試4老化測試機(jī)5AOI自動光學(xué)檢測6灌膠機(jī)7固化機(jī)8萬能試