IGBT模块生产工艺流程及主要设备

IGBT模块生产工艺流程及主要设备IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。IGBT模块生产过程主要是把晶圆贴片在陶瓷基板上，键合线，插针，点胶密封等过程。在阅读本文之前，欢迎识别二维码加入艾邦IGBT产业微信群；下面是一张IGBT实物图，可以看出主要的物料有IGBT芯片，二极管，五金件，键合丝，陶瓷基板，外壳等。

IGBT模块生产工艺流程如下所示：IGBT模块工艺流程及产污节点图

IGBT模块工艺流程简介：（1）贴晶圆：使用晶圆贴片机将切合的IGBT晶圆和锡片贴装到DBC基板上；IGBT晶圆，上面被分割成一颗颗的正是IGBT芯片。贴片设备会将晶圆上的IGBT芯片自动取下来，放置到固定的衬板上，形成IGBT模块的电路（2）真空回流焊（一次）：根据客户需求，将贴好晶圆的DBC基板送入回流炉中，在炉内进行加热熔化（一次回流炉使用电加热，工作温度245℃，持续工作7分钟左右），以气态的甲酸与锡片金属表面的氧化物生成甲酸金属盐，并在高温下裂解还原金属，以此达到焊接目的，需向炉内注入氮气作为保护气以保证焊接质量。甲酸焊接过程化学反应机理如下：HCOOH+MO→M+H2O+CO2图片来源：智新半导体（3）检测：使用检测设备对焊接口进行平面和立体成像检测，不合格的产品经人工维修合格后进入下一工序；X射线检测，用来检查IGBT模块内部的焊接效果，有无空洞等缺陷（4）晶圆键合、一体针上锡：使用键合机利用键合线连接一体针与DBC基板的上铜层、DBC基板与底板，该过程需使用二次焊组装机设备利用焊锡丝进行焊点预上锡。引线键合环节，机器人通过图像识别技术定位，然后使用超声波引线键合技术将芯片与芯片之间的电路自动连接完整。（5）超声波清洗：将焊接完成后的半成品置于插针机中，对模块上的针脚进行加盖超声波清洗，主要清洗焊接后针脚上残留的松香。清洗设备有效容积约3.2L，以无水乙醇作为清洁剂，单次清洗约24根针脚，时间约一分钟。（6）真空回流焊（二次）：根据客户需求，将键合完的DBC基板送入回流炉中，在炉内进行加热熔化（二次回流炉使用电加热，工作温度245℃，持续工作8分钟左右），以气态的甲酸与锡片金属表面的氧化物生成甲酸金属盐，并在高温下裂解还原金属，以此将DBC基板焊接到铜基板上，需向炉内注入氮气作为保护气以保证焊接质量。（7）密封：将半成品与外壳使用点胶及外框组装机进行组装，在外壳点胶（废气产生量较少，可忽略不计），并通过螺钉将外壳安装到铜底板上。该过程使用有机硅密封胶进行点胶；（8）超声波焊接：使用超声波焊接设备将端子与半成品焊接，不使用助焊剂及焊材，属于摩擦焊接；（9）灌封、固化：常温下，使用灌胶机将有机硅凝胶灌注到外壳内（废气产生量较少，可忽略不计），然后使用固化机进行固化。真空下，通过高温（约110~130℃），将有机硅凝胶固化。先将工件放入真空烤箱内，然后关闭烤箱腔体，抽真空，保压一段时间后再充氮气，接着加热至120℃，保温一定时间，待冷却到室温后，再打开烤箱腔体取出工件。固化过程，在高温下有机硅凝胶固化后形成柔软透明或半透明的弹性体，固化过程产生G5固化废气；（10）装盖板：安装盖板；（11）测试：使用测试仪器进行测试。此工序会产生不合格产品；全自动高温阻断测试，是在高温高压情况下考验IGBT的可靠性（12）包装入库：合格成品包装入库。

主要设施设备一览表：IGBT模块生产线序号设备名称用途/备注1晶圆贴片机放置晶圆2一次回流炉焊接晶圆，电加热3二次回流炉焊接晶圆，电加热4超声焊接机焊接端子5键合机晶圆键合6插针机上针、超声波清洗一体7二次焊组装机焊接基板8点胶及外框组装机密封9灌胶机灌封10封盖机装盖板11固化机固化有机硅凝胶，电加热122DX-Ray无损检测设备测试13超高分辨率3DX-Ray显微镜测试14DBC中测机测试15动静态测试机测试16老化测试机测试17氮气柜液氮罐5m3*218线体上下料上下料19AGV自动导引运输车

检测研发设备1超声波扫描显微镜（C-SAM）2DBC动态测试3DBC静态测试4老化测试机5AOI自动光学检测6灌胶机7固化机8万能试