IGBT產(chǎn)業(yè)鏈的主要企業(yè)與IGBT模組封裝技術(shù)和清洗介紹

IGBT產(chǎn)業(yè)鏈概述

IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）是功率半導(dǎo)體的一種，因其具有高頻率、高電壓、大電流、易于開關(guān)等優(yōu)良性能，被業(yè)界譽(yù)為功率變流裝置的“CPU”。在中國，隨著以軌道交通為代表的新興市場(chǎng)興起，中國已經(jīng)成為全球IGBT最大需求市場(chǎng)。

IGBT產(chǎn)業(yè)鏈的主要企業(yè)

IDM廠商

·         株洲中車時(shí)代電氣：中國中車旗下股份制企業(yè)，形成了集IGBT產(chǎn)品設(shè)計(jì)、芯片制造等成套技術(shù)研究、開發(fā)、集成于一體的大功率IGBT產(chǎn)業(yè)化基地。

·         深圳比亞迪微電子：致力于集成電路及功率器件的開發(fā)并提供產(chǎn)品應(yīng)用的整套解決方案，已相繼掌握IGBT芯片設(shè)計(jì)和制造、模組設(shè)計(jì)和制造等環(huán)節(jié)。

·         杭州士蘭微電子股份有限公司：從集成電路芯片設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)開始，逐步搭建了特色工藝的芯片制造平臺(tái)，并已將技術(shù)和制造平臺(tái)延伸至功率器件、功率模塊等。

·         吉林華微電子股份有限公司：集功率半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)研發(fā)、芯片加工、封裝測(cè)試及產(chǎn)品營銷為一體。

·         重慶華潤微電子（重慶）有限公司：集半導(dǎo)體設(shè)計(jì)、研發(fā)、制造與服務(wù)一體化，以功率半導(dǎo)體器件、功率/模擬集成電路為產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。

模組廠商

·         西安永電、西安愛帕克、威海新佳、江蘇宏微、嘉興斯達(dá)、南京銀茂、深圳比亞迪等。

芯片設(shè)計(jì)廠商

·         中科君芯、西安芯派、寧波達(dá)新、無錫同方微、無錫新潔能、山東科達(dá)等。

一、IGBT技術(shù)發(fā)展歷程

IGBT技術(shù)自上世紀(jì)80年代至今，已經(jīng)經(jīng)歷了六代技術(shù)的發(fā)展演變。這個(gè)過程中，面對(duì)的是大量的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)調(diào)整和工藝上的難題。主要從三方面發(fā)展演變：一是器件縱向結(jié)構(gòu)，二是柵極結(jié)構(gòu)，三是硅片的加工工藝。

IGBT產(chǎn)業(yè)鏈的應(yīng)用領(lǐng)域

IGBT廣泛應(yīng)用于軌道交通、航空航天、船舶驅(qū)動(dòng)、智能電網(wǎng)、新能源、交流變頻、風(fēng)力發(fā)電、電機(jī)傳動(dòng)、汽車等強(qiáng)電控制等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。

二、IGBT模組最新技術(shù)情況分析

IGBT驅(qū)動(dòng)器的技術(shù)要求

1. 動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng) 現(xiàn)代IGBT驅(qū)動(dòng)器需要具備提供陡峭前后沿的驅(qū)動(dòng)脈沖的能力，這對(duì)于減少IGBT在開關(guān)過程中產(chǎn)生的損耗至關(guān)重要。當(dāng)IGBT在硬開關(guān)方式下工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的開關(guān)損耗，尤其是在工作頻率較高時(shí)，這種情況更加嚴(yán)重。為了降低開關(guān)損耗，驅(qū)動(dòng)器必須能夠快速地建立或消除IGBT柵源電壓，這就要求驅(qū)動(dòng)器具有足夠的瞬時(shí)電流吞吐能力。

2. 正確的柵壓提供 IGBT驅(qū)動(dòng)器需要為IGBT提供適當(dāng)?shù)恼蚝头聪驏艍骸Ｕ驏艍哼^高可能會(huì)導(dǎo)致IGBT損壞，而反向柵壓則可以確保IGBT在受到噪聲干擾時(shí)仍能可靠地截止。通常，正向柵壓應(yīng)保持在+15V左右，而反向柵壓則應(yīng)為5~15V。

3. 輸入輸出電隔離 為了保證設(shè)備的正常工作和維護(hù)人員的安全，IGBT驅(qū)動(dòng)器還需要具備足夠的輸入輸出電隔離能力。這種電隔離不應(yīng)影響驅(qū)動(dòng)信號(hào)的正常傳輸。

4. 柵壓限幅電路 為了保護(hù)IGBT的柵極不被擊穿，驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部通常會(huì)集成柵壓限幅電路。這個(gè)電路的作用是確保柵極電壓不會(huì)超出其最大安全電壓范圍（一般為±20V）。

5. 過流保護(hù)和軟關(guān)斷 當(dāng)IGBT處于負(fù)載短路或過流狀態(tài)時(shí)，驅(qū)動(dòng)器能夠在IGBT允許的時(shí)間內(nèi)通過逐漸降低柵壓來自動(dòng)抑制故障電流，實(shí)現(xiàn)軟關(guān)斷。這樣可以避免快速關(guān)斷造成的過高的di/dt，從而保護(hù)IGBT免受損害。

IGBT驅(qū)動(dòng)器的形式與特點(diǎn)

1. 光電耦合驅(qū)動(dòng)器 一種常見的IGBT驅(qū)動(dòng)器形式是光電耦合驅(qū)動(dòng)器，它通過分立的元件提供正向脈沖和負(fù)向封鎖脈沖。這種驅(qū)動(dòng)器的特點(diǎn)是雙側(cè)都有有源部分，提供的脈沖寬度可以不受限制。此外，它可以通過檢測(cè)IGBT通態(tài)集電極電壓來實(shí)現(xiàn)過流和短路保護(hù)，并且可以對(duì)外送出過流信號(hào)。目前，這種驅(qū)動(dòng)器多以厚膜電路的形式出現(xiàn)，具有使用方便、一致性及穩(wěn)定性較好的優(yōu)點(diǎn)。不過，它需要較多的工作電源，并且光電耦合器的輸入輸出間耐壓一般為交流2500V，對(duì)于某些場(chǎng)合可能不夠。

2. 驅(qū)動(dòng)電路的抗干擾能力 為了保證IGBT的正常工作，驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)具備較強(qiáng)的抗干擾能力。這是因?yàn)镮GBT的控制、驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路等應(yīng)與其高速開關(guān)特性相匹配。此外，在未采取適當(dāng)?shù)姆漓o電措施情況下，G-E斷不能開路。

三、IGBT模塊封裝工藝流程

IGBT模塊封裝工藝流程是一個(gè)復(fù)雜的過程，涉及到多個(gè)關(guān)鍵步驟和輔助工序。以下是根據(jù)提供的搜索結(jié)果整理的IGBT模塊封裝工藝流程的主要步驟：

1. 焊接和邦線

·         一次焊接：這是封裝過程的第一步，主要是將IGBT芯片和其他組件初步固定在一起。

·         一次邦線：緊接著一次焊接之后進(jìn)行，這一步驟是為了將芯片和DBC（鋁氧化物或氮化鋁）等部件通過金屬線連接起來。

2. 組裝和封殼

·         組裝：在完成焊接和邦線之后，會(huì)進(jìn)行組裝，這包括將各個(gè)部件按照設(shè)計(jì)要求組合在一起。

·         上外殼和涂密封膠：組裝完成后，會(huì)為其加上外殼，并在縫隙處涂抹密封膠，以保證模塊的防水防塵性能。

3. 固化和灌注

·         固化：密封膠需要足夠的時(shí)間固化，這個(gè)過程通常需要在特定的溫度和壓力條件下進(jìn)行。

·         灌硅凝膠：固化之后，會(huì)進(jìn)行硅凝膠的灌注，這一步驟是為了進(jìn)一步提高模塊的散熱能力和機(jī)械穩(wěn)定性。

4. 老化篩選

·         老化篩選：最后，IGBT模塊會(huì)經(jīng)過老化篩選過程，這是為了檢驗(yàn)其在長時(shí)間工作下的穩(wěn)定性和可靠性。

輔助工序

除了上述主要步驟外，IGBT模塊封裝還包含一些輔助工序，如等離子處理、超聲掃描、測(cè)試、打標(biāo)等。這些工序有助于提高模塊的性能和質(zhì)量，確保其在各種工作環(huán)境下的可靠運(yùn)行。

四、 IGBT 模塊芯片封裝清洗劑選擇：

水基清洗的工藝和設(shè)備配置選擇對(duì)清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會(huì)作為一個(gè)長期的使用和運(yùn)行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環(huán)境中的濕氣，通電后發(fā)生電化學(xué)遷移，形成樹枝狀結(jié)構(gòu)體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內(nèi)的浮點(diǎn)、灰塵、塵埃等，這些污染物會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)質(zhì)量降低、焊接時(shí)焊點(diǎn)拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。

這么多污染物，到底哪些才是最備受關(guān)注的呢？助焊劑或錫膏普遍應(yīng)用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質(zhì)在所有污染物中的占據(jù)主導(dǎo)，從產(chǎn)品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產(chǎn)品質(zhì)量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質(zhì)引發(fā)接觸電阻增大，嚴(yán)重者導(dǎo)致開路失效，因此焊后必須進(jìn)行嚴(yán)格的清洗，才能保障電路板的質(zhì)量。

合明科技研發(fā)的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。

合明科技運(yùn)用自身原創(chuàng)的產(chǎn)品技術(shù)，滿足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術(shù)要求，打破國外廠商在行業(yè)中的壟斷地位，為芯片封裝材料全面國產(chǎn)自主提供強(qiáng)有力的支持。

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