IGBT生產(chǎn)流程及工藝

IGBT生產(chǎn)流程

晶圓生產(chǎn)

IGBT芯片的生產(chǎn)首先需要進(jìn)行晶圓生產(chǎn)，這一步驟包括硅提煉及提純、單晶硅生長(zhǎng)、晶圓成型三個(gè)步驟。目前國(guó)際主流是8英寸晶圓，部分晶圓廠12英寸產(chǎn)線逐步投產(chǎn)。晶圓尺寸越大，良品率越高，最終生產(chǎn)的單個(gè)器件成本越低，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力越大1。

芯片設(shè)計(jì)

芯片設(shè)計(jì)是IGBT制造的前期關(guān)鍵流程，主流的商業(yè)化產(chǎn)品基于Trench-FS設(shè)計(jì)，不同廠家設(shè)計(jì)的IGBT芯片特點(diǎn)不同，表現(xiàn)在性能上有一定差異1。

芯片制造

芯片制造是IGBT生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，它高度依賴于產(chǎn)線設(shè)備和工藝。全球能制造出頂尖光刻機(jī)的廠商不足五家。要把先進(jìn)的芯片設(shè)計(jì)在工藝上實(shí)現(xiàn)有非常大的難度，尤其是薄片工藝和背面工藝，目前這方面國(guó)內(nèi)還有一些差距1。

器件封裝

器件封裝是生產(chǎn)的后道工序，需要完整的封裝產(chǎn)線。IGBT模塊的封裝流程一般是：芯片和DBC焊接綁線→DBC和銅底板焊接→安裝外殼→灌注硅膠→密封→終測(cè)1。

IGBT生產(chǎn)工藝

真空焊接爐

生產(chǎn)IGBT需要用到的設(shè)備有很多，主要有真空焊接爐、一次邦線機(jī)、二次邦線機(jī)、推拉力測(cè)試機(jī)、成品動(dòng)態(tài)測(cè)試機(jī)、高溫烘箱、氮?dú)夂嫦洹⑶逑磁_(tái)、DBC靜態(tài)測(cè)試機(jī)等1。

X-Ray檢測(cè)

在IGBT模塊封裝過(guò)程中，會(huì)使用X光進(jìn)行缺陷檢測(cè)2。

貼晶圓

使用晶圓貼片機(jī)將切合的IGBT晶圓和錫片貼裝到DBC基板上；貼片設(shè)備會(huì)將晶圓上的IGBT芯片自動(dòng)取下來(lái)，放置到固定的襯板上，形成IGBT模塊的電路3。

真空回流焊

根據(jù)客戶需求，將貼好晶圓的DBC基板送入回流爐中，在爐內(nèi)進(jìn)行加熱熔化（一次回流爐使用電加熱，工作溫度245℃，持續(xù)工作7分鐘左右），以氣態(tài)的甲酸與錫片金屬表面的氧化物生成甲酸金屬鹽，并在高溫下裂解還原金屬，以此達(dá)到焊接目的，需向爐內(nèi)注入氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣以保證焊接質(zhì)量3。

檢測(cè)

使用檢測(cè)設(shè)備對(duì)焊接口進(jìn)行平面和立體成像檢測(cè)，不合格的產(chǎn)品經(jīng)人工維修合格后進(jìn)入下一工序3。

超聲波清洗

將焊接完成后的半成品置于插針機(jī)中，對(duì)模塊上的針腳進(jìn)行加蓋超聲波清洗，主要清洗焊接后針腳上殘留的松香3。

真空回流焊（二次）

根據(jù)客戶需求，將鍵合完的DBC基板送入回流爐中，在爐內(nèi)進(jìn)行加熱熔化（二次回流爐使用電加熱，工作溫度245℃，持續(xù)工作8分鐘左右），以氣態(tài)的甲酸與錫片金屬表面的氧化物生成甲酸金屬鹽，并在高溫下裂解還原金屬，以此將DBC基板焊接到銅基板上，需向爐內(nèi)注入氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣以保證焊接質(zhì)量3。

密封

將半成品與外殼使用點(diǎn)膠及外框組裝機(jī)進(jìn)行組裝，在外殼點(diǎn)膠（廢氣產(chǎn)生量較少，可忽略不計(jì)），并通過(guò)螺釘將外殼安裝到銅底板上3。

超聲波焊接

使用超聲波焊接設(shè)備將端子與半成品焊接，不使用助焊劑及焊材，屬于摩擦焊接3。

灌封、固化

常溫下，使用灌膠機(jī)將有機(jī)硅凝膠灌注到外殼內(nèi)（廢氣產(chǎn)生量較少，可忽略不計(jì)），然后使用固化機(jī)進(jìn)行固化。固化過(guò)程，在高溫下有機(jī)硅凝膠固化后形成柔軟透明或半透明的彈性體，固化過(guò)程產(chǎn)生G5固化廢氣3。

裝蓋板

安裝蓋板3。

測(cè)試

使用測(cè)試儀器進(jìn)行測(cè)試3。

包裝入庫(kù)

合格成品包裝入庫(kù)

 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(zhǎng)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(zhǎng)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(rùn)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(lái)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(guó)外廠商在行業(yè)中的壟斷地位，為芯片封裝材料全面國(guó)產(chǎn)自主提供強(qiáng)有力的支持。

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