IGBT模塊是由IGBT（絕緣柵雙極型晶體管芯片）與FWD（續(xù)流二極管芯片）通過特定的電路橋接封裝而成的模塊化半導(dǎo)體產(chǎn)品。

IGBT是能源變換與傳輸?shù)暮诵钠骷?，俗稱電力電子裝置的“CPU”，應(yīng)用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天、電動汽車與新能源裝備等領(lǐng)域。封裝后的IGBT模塊直接應(yīng)用于變頻器、UPS不間斷電源等設(shè)備上。

比如在混合動力汽車上IGBT的作用是交流電和直流電的轉(zhuǎn)換，同時IGBT還承擔電壓的高低轉(zhuǎn)換的功能。外界充電的時候是交流電，需要通過IGBT轉(zhuǎn)變成直流電然后給電池，同時要把220V電壓轉(zhuǎn)換成適當?shù)碾妷阂陨喜拍芙o電池組充電。電池放電的時候，把通過IGBT把直流電轉(zhuǎn)變成交流電機使用的交流電，同時起到對交流電機的變頻控制，當然變壓是必不可少的。 IGBT 模塊GBT約占電機驅(qū)動系統(tǒng)成本的一半，而電機驅(qū)動系統(tǒng)占整車成本的15-20%，也就是說IGBT占整車成本的7-10%，是除電池之外成本第二高的元件，也決定了整車的能源效率。直流充電樁30%的原材料成本是IGBT，電力機車一般需要 500 個 IGBT 模塊。

IGBT的封裝工藝流程大體可分為：貼片—燒結(jié)—清洗—X-RAY檢測—鍵合—注膠—成型—測試

1. 貼片：通過絲網(wǎng)印刷工藝將錫膏印制在陶瓷襯板上，然后將芯片與襯板線路圖形中相應(yīng)的銅極貼合。

2.將完成貼片的陶瓷板半成品置于真空爐內(nèi)，進行回流焊接。

3.通過清洗劑對焊接完成后的半成品進行清洗，以保證IGBT芯片表面潔凈度滿足鍵合打線要求。

4.通過X光檢測篩選出空洞大小符合標準的半成品，防止不良品流入下一道工序。

5.通過鍵合打線，使芯片與基板相連，器件實現(xiàn)功能性。

6. 對殼體內(nèi)部抽真空注入A、B膠并抽真空高溫固化，達到絕緣保護作用 。

7.對產(chǎn)品進行加裝頂蓋并對端子進行折彎成形。

現(xiàn)有的封裝結(jié)構(gòu)和監(jiān)測方式極大地提高了功率模塊工作的穩(wěn)定性。但面對SiC功率模塊的高頻率和高電壓的工況，現(xiàn)有封裝結(jié)構(gòu)在封裝寄生參數(shù)和散熱能力方面均無法滿足需求。為解決現(xiàn)有封裝結(jié)構(gòu)直接用于SiC模塊封裝存在的問題，新的封裝結(jié)構(gòu)被提出，如直接導(dǎo)線鍵合( Direct-Lead-Bonding，DLB)、柔性封裝( Flexible Printed Circuit，FPC)和疊層封裝。

1、直接導(dǎo)線鍵合結(jié)構(gòu)（DLB）：直接導(dǎo)線鍵合結(jié)構(gòu)最大的特點就是利用焊料，將銅導(dǎo)線與芯片表面直接連接在一起，相對引線鍵合技術(shù)，該技術(shù)使用的銅導(dǎo)線可有效降低寄生電感，同時由于銅導(dǎo)線與芯片表面互連面積大，還可以提高互連可靠性。其測試表明，使用DLB封裝不僅使得鍵合電阻和電感的減小量超一半以上，而且使得IGBT功率模塊芯片溫度分布更加均勻。其生產(chǎn)成本較低，是目前應(yīng)用最廣泛的IGBT器件。

2、柔性封裝( Flexible Printed Circuit，F(xiàn)PC)：利用FPC代替引線鍵合。該封裝方式將雜散電感降低到1.4nH，實現(xiàn)了對雜散參數(shù)的有效控制。

3、疊層封裝：通過壓接型封裝工藝，采用直接接觸的方式而不是引線鍵合或者焊接方式實現(xiàn)金屬和芯片間的互連，該結(jié)構(gòu)包含三層導(dǎo)電導(dǎo)熱的平板，平板間放置功率芯片，平板的尺寸由互連的芯片尺寸以及芯片表面需要互連的版圖結(jié)構(gòu)確定。相比焊接型IGBT器件，壓接型IGBT器件易于規(guī)?；酒⒙?lián)封裝、串聯(lián)使用，且具有低熱阻、雙面散熱、失效短路等優(yōu)點。

功率半導(dǎo)體模塊封裝是其加工過程中一個非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，它關(guān)系到功率半導(dǎo)體器件是否能形成更高的功率密度，能否適用于更高的溫度、擁有更高的可用性、可靠性，更好地適應(yīng)惡劣環(huán)境。功率半導(dǎo)體器件的封裝技術(shù)特點為：設(shè)計緊湊可靠、輸出功率大。其中的關(guān)鍵是使硅片與散熱器之間的熱阻達到最小，同樣使模塊輸人輸出接線端子之間的接觸阻抗最低。

封裝完成后的大功率IGBT，需要對各方面性能進行試驗。比如

1.平整度測試：平整度在IGBT安裝以后，所有熱量散發(fā)都是底板傳輸?shù)缴崞?。平面度越好，散熱器接觸性能越好，導(dǎo)熱性能越好。

2.推拉測試： IGBT模塊有三個連接部分:芯片上的引線鍵合點、芯片與陶瓷絕緣基板的焊接面、陶瓷絕緣基板與銅底板的焊接面，對所有鍵合點的力度進行測試。

3.硬度測試：對主電極的硬度不能太硬、也不能太軟。

4.超聲波掃描：主要對焊接過程，焊接以后的產(chǎn)品質(zhì)量的空洞率做一個掃描，這點對于導(dǎo)熱性也是很好的控制。所以陶瓷襯板的導(dǎo)熱性能和熱膨脹系數(shù)直接影響IGBT的質(zhì)量和性能。

斯利通陶瓷采用DPC直接鍍銅工藝：通過高溫、高真空條件下利用蒸發(fā)、磁控濺射等工藝進行陶瓷基板金屬化，先是在基板表面濺射一層薄膜過渡金屬，然后通過電鍍增厚銅層，最后通過一系列線路板工藝流程完成圖形制作。公司擁有多項自主研發(fā)生產(chǎn)專利，能夠?qū)崿F(xiàn)板面互聯(lián)（孔導(dǎo)通），孔內(nèi)填實率等業(yè)內(nèi)難點，線寬線距做到精細化（最小可完成50um），銅厚范圍可按客戶要求控制在1-1000um內(nèi)?；呐c銅層結(jié)合力優(yōu)良，熱膨脹系數(shù)與硅片匹配度高，銅面平整粗糙度小，表面處理工藝多樣化（沉銀、沉金、沉鎳金、OSP等），適應(yīng)于各種IGBT模組封裝方法。

IGBT具有輸入阻抗大、驅(qū)動功率小、控制電路簡單、開關(guān)損耗小、速度快及工作頻率高等特點，成為目前最有應(yīng)用前景的電力半導(dǎo)體器件之一。在軌道交通、航空航天、新能源、智能電網(wǎng)、智能家電這些朝陽產(chǎn)業(yè)中，IGBT作為自動控制和功率變換的關(guān)鍵核心部件，是必不可少的功率“核芯”。采用IGBT進行功率變換，能夠提高用電效率，提升用電質(zhì)量，實現(xiàn)節(jié)能效果，在綠色經(jīng)濟中發(fā)揮著無可替代的作用。

審核編輯：湯梓紅