提升封装质量,加速生产:等离子清洗机在IGBT模块封装中的关键应用


发布时间:

2023-11-04

在IGBT模块封装过程中,等离子清洗机起到了重要的作用。等离子清洗机通过在射频电压激励下产生活性等离子体,利用物理碰撞或化学反应等方式分解多余物质,有效去除材料表面污染物。等离子体由带电粒子(正离子、负离子和自由电子等)和不带电的中性粒子(如激发态分子和自由基)组成,是物质的第四态。等离子清洗可以显著提高功率电子器件界面连接质量和可靠性。

功率电子器件是指用于控制和转换电力的特殊电子器件,包括二极管、三极管等。绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)是目前电力电子设备中最常用的功率转换和控制核心器件。它结合了绝缘栅型场效应管(MOSFET)和双极型三极管(BJT)的优点,具有驱动功率小、饱和压降低、载流密度大、开关速度快等特点。IGBT模块在轨道交通、电动汽车、航空电源、光伏逆变器等对安全性要求较高的电力电子系统中得到广泛应用。

IGBT模块的可靠性对整个电力电子系统的效率、能耗和成本都有影响。在长期的应用过程中,IGBT模块会受到温度变化和疲劳老化的影响,导致失效故障,缩短器件的寿命。这不仅会造成经济损失,还可能引发安全事故,危及工作人员的生命安全。特别是随着第三代半导体器件的发展,如碳化硅等高性能器件的出现,IGBT模块的发热量也在不断增加,加速了老化速率,因此提高IGBT模块的可靠性成为半导体器件封装技术的主要突破目标。

等离子清洗机在IGBT模块封装中的应用

在IGBT模块封装过程中,等离子清洗机起到了重要的作用。等离子清洗机通过在射频电压激励下产生活性等离子体,利用物理碰撞或化学反应等方式分解多余物质,有效去除材料表面污染物。等离子体由带电粒子(正离子、负离子和自由电子等)和不带电的中性粒子(如激发态分子和自由基)组成,是物质的第四态。等离子清洗可以显著提高功率电子器件界面连接质量和可靠性。

常见芯片为硅基镀金芯片,金镀层表面常常会有油脂、油污等有机物及氧化层,在进行芯片的贴装前,需要用一定的方法将有机物及氧化层去除,以提高芯片表面活性(附着力)从而提高与焊膏连接界面的强度。 在等离子清洗中,一般可将活化气体分为两类:一类为由惰性气体产生的等离子体(如Ar,N等);另一类为由反应性气体产生的等离子体(如O,H,氟气体等)。在芯片粘接中,氧气和氩气是两种常用的等离子活化气体,运用氧气和氩气等离子在清洗芯片的过程中,芯片镀层表面会分别受到化学处理和物理轰击的作用,分别经历以下几个步骤:

第一步为污染物在真空和瞬时高温状态下部分蒸发;

第二步为在高能量氧离子或氩离子的冲击下,芯片表面污染物快速气化;

第三步为真空泵工作将污染物抽出;

第四步为充入氮气,使腔体恢复常压状态。

除此之外等离子清洗机还可以对IGBT模块的DBC基板和功率端子等进行清洗,以去除基板表面的有机物,氧化物,微颗粒污染物等杂质,提高封装可靠性。等离子清洗具有常规清洗方法无法到达的效果,通过离子轰击的方法可以将组件表面的油污等杂质彻底清洗掉。