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IGBT功率模塊的關(guān)鍵材料與關(guān)鍵清洗劑介紹

發(fā)布日期:2023-06-12 發(fā)布者:合明科技 瀏覽次數(shù):4207

IGBT(絕緣柵雙極型晶體管),是由 BJT(雙極結(jié)型晶體三極管) 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(dòng)式-功率半導(dǎo)體器件,其具有自關(guān)斷的特征。簡單講,是一個(gè)非通即斷的開關(guān),IGBT沒有放大電壓的功能,導(dǎo)通時(shí)可以看做導(dǎo)線,斷開時(shí)當(dāng)做開路。IGBT融合了BJT和MOSFET的兩種器件的優(yōu)點(diǎn),如驅(qū)動(dòng)功率小和飽和壓降低等。

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IGBT兼具了MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)的優(yōu)點(diǎn),如高輸入阻抗、低驅(qū)動(dòng)功耗、快速開關(guān)能力等,以及BJT(雙極型晶體管)的優(yōu)點(diǎn),如高電流承載能力、低導(dǎo)通壓降等。因此,IGBT在功率電子領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。IGBT模塊主要由以下幾個(gè)部分組成:IGBT芯片、鍵合導(dǎo)線、封裝結(jié)構(gòu)(基板、散熱、硅凝膠等)、驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路


(一)  IGBT芯片


IGBT芯片是整個(gè)模塊的核心部分,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括P型襯底、N型緩沖層、N型漂移層、P型注入層以及絕緣柵氧化層等。其中,漂移層是為了提高模塊的耐壓能力而設(shè)置的。


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圖片拍攝與比亞迪半導(dǎo)體展臺(tái)

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(二)導(dǎo)線鍵合


為了確保電流能從IGBT芯片傳輸?shù)酵獠侩娐罚枰谛酒c焊盤之間進(jìn)行導(dǎo)線鍵合。這一過程中使用的導(dǎo)線材料通常為鋁或金。




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(三)  封裝結(jié)構(gòu)


IGBT模塊的封裝結(jié)構(gòu)主要包括基板、陶瓷層、散熱片等。基板用于支撐IGBT芯片,陶瓷層用于絕緣,散熱片則負(fù)責(zé)散熱。此外,封裝結(jié)構(gòu)還包括一些外部引線、焊盤等用于連接外部電路的部件。




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IGBT模塊示意圖,來源拜高高分子


硅凝膠作為一種特殊的電子灌封材料,除具備有機(jī)硅類灌封膠獨(dú)特的耐候和耐老化性能、優(yōu)異的耐高 低溫性能、良好的疏水性和電絕緣性能之外,還具有內(nèi)應(yīng)力小、抗沖擊性好、粘附力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),是IGBT模塊灌封的首選材料。


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IGBT硅凝膠是一種低應(yīng)力,十分柔軟的有機(jī)硅凝膠。灌封到IGBT模組上后,它的低應(yīng)力,凝膠柔軟性,不僅能夠達(dá)到比較理想的抗沖擊、減震效果,同時(shí),凝膠表面的粘性,粘接在IGBT模組上,也能很好的達(dá)到防水防潮的保護(hù)效果。不僅如此,IGBT硅凝膠優(yōu)異的電氣絕緣性能,如高介電強(qiáng)度和體積電阻率,也能能夠保護(hù)IGBT模塊。image.png

圖片來源,上海拜高高分子材料有限公司


IGBT封裝采用的陶瓷覆銅載板主要有DBC(直接鍵合覆銅)和AMB(活性釬焊覆銅)兩種類型。與DBC采用直接熱壓敷合陶瓷/銅的方式不同,AMB的陶瓷和銅之間有釬料填充和參加界面反應(yīng),所以能夠獲得極低的界面空洞率和非常牢靠的界面結(jié)合。另外,由于陶瓷和銅復(fù)合機(jī)理的不同,DBC一般僅適用于Al2O3等氧化物陶瓷,應(yīng)用于AlN時(shí)陶瓷表面必須進(jìn)行預(yù)氧化,對(duì)于Si3N4陶瓷的適用難度較大,而AMB陶瓷覆銅工藝能直接適用于包括Al2O3、AlN、Si3N4在內(nèi)的各種類型的陶瓷。


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圖片來源:華清電子


功率模塊封裝所采用的塑料框架(Plastic Fram)必須達(dá)到很高的技術(shù)要求,如在工作溫度區(qū)間內(nèi)(如軌道交通用IGBT模塊長期運(yùn)行溫度為-55~125℃)具有較高的的拉伸強(qiáng)度且機(jī)械強(qiáng)度穩(wěn)定,能承受短期超過250℃的高溫以適用中低功率模塊的焊接工藝。此外所選用的材料必須具有很好的電氣絕緣性能,相對(duì)電痕指數(shù)(Comparative Tracking Index, CTI)要求較高且能承受高度的電磁污染,無鹵和氧化銻等害物質(zhì)且能滿足激光打標(biāo)等要求等。
IGBT模塊的塑封材料基本上采用PBT或PPS,但也有采用PPA、PA、LCP等材料的情況。日本通常使用PPS,而歐美則更喜歡采用PPA。目前市場上常見的殼體材料主要還是集中在PBT和PPS上。在耐溫要求不高的情況下,PBT仍然是被廣泛采用的材料。然而,對(duì)于高耐溫要求的器件,例如SiC運(yùn)行功率較高的情況下,通常需要采用高溫材料PPS或9T。


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圖片來源,賽恩吉

IGBT器件是功率變流裝置的核芯,廣泛應(yīng)用于電動(dòng)/混合動(dòng)力汽車、軌道交通、變頻家電、電力工程、可再生能源和智能電網(wǎng)等領(lǐng)域,是電力電子最重要的大功率主流器件之一。

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圖片來源:可俐星


IGBT模塊的正常工作時(shí)溫度范圍是-40°C~150°C,所以要維持IGBT芯片的正常工作就需要散熱器幫助其散熱,IGBT功率模塊性能的提升很大程度上依賴散熱性能的改善。


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圖片來源:江蘇固家智能科技有限公司


鋁基碳化硅(AlSiC)被稱為金屬化的陶瓷材料,是一種顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料,采用鋁合金作為基體,碳化硅作為增強(qiáng)體,充分結(jié)合了金屬鋁和陶瓷的不同優(yōu)勢(shì),從出現(xiàn)伊始,就得到封裝熱管理行業(yè)的青睞,也是目前高功率IGBT模塊封裝最佳的選擇。


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鋁基碳化硅散熱件,來源珠海億特立新材料有限公司


(四)  驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路
IGBT模塊需要一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路來控制其開關(guān),同時(shí)還需要一定的保護(hù)電路來防止過熱、過壓等異常情況。這些電路通常集成在模塊內(nèi)部或者以外部附件的形式存在。


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(五) IGBT功率器件清洗

為應(yīng)對(duì)能源危機(jī)和生態(tài)環(huán)境惡化等問題,世界各國均在大力發(fā)展新能源汽車、高壓直流輸電等新興應(yīng)用,促進(jìn)了大功率電力電子變流裝置的廣泛應(yīng)用。大功率變流裝置的可靠性對(duì)這些應(yīng)用而言十分重要。裝置的可靠性與其核心器件IGBT密切相關(guān)。

目前,大量的IGBT仍在采用傳統(tǒng)的正溴丙烷等溶劑清洗清洗,隨著對(duì)環(huán)保的管控和對(duì)產(chǎn)品可靠性的要求不斷提高,原有的傳統(tǒng)溶劑清洗已不能滿足IGBT清洗。對(duì)此,合明提出新型的IGBT清洗方案。

合明科技半水基清洗工藝解決方案,采用合明科技專利配方,可在清洗IGBT凹槽內(nèi)存在大量的錫膏殘留的同時(shí)去除金屬界面高溫氧化膜,更含有保護(hù)芯片獨(dú)特的材料;配方材料親水性強(qiáng),清洗后易于用水漂洗干凈。

歡迎使用合明科技半水基清洗劑清洗IGBT功率器件。

以上便是IGBT功率器件清洗劑廠,IGBT功率器件的DCB襯底功能介紹,希望可以幫到您!


Tips:

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以上為本公司一些經(jīng)驗(yàn)的累積,因工藝問題內(nèi)容廣泛,沒有面面俱到,只對(duì)常見問題作分析,隨著電子產(chǎn)業(yè)的不斷更新?lián)Q代,新的工藝問題也不斷出現(xiàn),本公司自成立以來不斷的追求產(chǎn)品的創(chuàng)新,做到與時(shí)俱進(jìn),熟悉各種生產(chǎn)復(fù)雜工藝,能為各種客戶提供全方位的工藝、設(shè)備、材料的清洗解決方案支持。

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