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IGBT，即绝缘栅双极型晶体管，是一种结合了BJT（双极型三极管）与MOS（绝缘栅型场效应管）的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。它不仅具备MOSFET的高输入阻抗特性，还融合了GTR的低导通压降优势。相较于GTR，IGBT的饱和压降更低，载流密度更大，同时驱动电流较小；而与MOSFET相比，其驱动功率更低，开关速度更快，导通压降也适中。正是由于IGBT综合了这两种器件的卓越特性，使得它在直流电压为V及以上的变流系统中大放异彩，如交流电机、变频器、开关电源、照明电路以及牵引传动等领域。

IGBT模块的定义

IGBT模块是IGBT（绝缘栅双极型晶体管芯片）与FWD（续流二极管芯片）通过精心设计的电路桥接封装而成的模块化半导体产品。这种封装后的IGBT模块可直接应用于变频器、UPS不间断电源等众多设备中。

IGBT模块的市场表现与特性

IGBT模块以其节能、便于安装维修以及稳定的散热性能等特点，在市场上受到广泛青睐。目前，市场上销售的多为这类模块化产品，而通常所说的IGBT也指的是IGBT模块。随着节能环保理念的日益深入人心，这类产品将在市场上占据越来越大的份额。作为能源变换与传输的关键器件，IGBT被誉为电力电子装置的“CPU”，其应用领域广泛，包括轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车以及新能源装备等国家战略性新兴产业。

IGBT模块的制造工艺与流程

IGBT模块的制造流程涵盖了多个精细环节，包括丝网印刷、自动贴片、真空回流焊接、超声波清洗、缺陷检测（通过X光）、自动引线键合、激光打标、壳体塑封、壳体灌胶与固化，以及最后的端子成形和功能测试。这些步骤共同构成了IGBT模块从原材料到成品的关键转变。IGBT模块的封装是将多个IGBT集成在一起，旨在提升其使用寿命和可靠性。随着市场对IGBT模块体积小型化、高效率以及高可靠性的追求，IGBT模块封装技术的研发与应用显得愈发重要。当前，流行的IGBT模块封装形式包括引线型、焊针型、平板式和圆盘式四种，而模块封装技术则多种多样，不同生产商的命名也各有差异，例如英飞凌的62mm封装、TPDP70等。

IGBT模块存在三个关键连接部位：硅片上的铝线键合点、硅片与陶瓷绝缘基板的焊接面，以及陶瓷绝缘基板与铜底板的焊接面。这些接点的失效，往往归因于接触面两种材料热膨胀系数的差异所导致的应力和材料热恶化。IGBT模块的封装技术涵盖了多个方面，其中最为核心的是散热管理设计、超声波端子焊接技术，以及高可靠锡焊技术。在散热管理上，通过热模拟技术优化了芯片布局和尺寸，使得在相同的ΔTjc条件下，输出功率比原来提高了约0%。超声波端子焊接技术则将铜垫与铜键合引线直接相连，不仅熔点高、强度大，还消除了线性膨胀系数差异，从而确保了高度的可靠性。此外，高可靠锡焊技术也发挥了关键作用，其中Sn-Ag-In及Sn-Sb焊接在经过个温度周期后强度仍保持不减，展现了优秀的高温稳定性。

IGBT模块的封装流程包括一次焊接、一次邦线、二次焊接、二次邦线、组装、上外壳与涂密封胶、固化、灌硅凝胶以及老化筛选等多个步骤。这些流程并非一成不变，会因具体模块而异，有的可能无需多次焊接或邦线，而有的则可能涉及其他特殊工序。上述流程仅为主线工艺，实际生产中还可能涉及等离子处理、超声扫描、测试、打标等辅助工序。IGBT模块的封装作用主要体现在三个方面。首先，通过采用胶体隔离技术，封装能够有效地防止模块在运行过程中出现爆炸事故，确保使用安全。其次，其电极结构采用了创新的弹簧设计，这种设计能够显著缓解安装过程中对基板的冲击，降低基板开裂的风险。最后，通过精心设计的底板加工，使得底板与散热器能够紧密结合，从而大幅提升了模块的热循环性能。

在底板设计方面，我们选择了中间点设计理念。这种设计在规定的安装条件下，能够确保底板的变形幅度降至最低，实现与散热器的无缝连接。在实际安装过程中，这一点将发挥至关重要的作用。另外，从产品性能的角度来看，IGBT模块在开通过程中的表现相对温和，而在关断过程中的要求则较为严格。因此，大多数的损坏情况都是由于关断过程中超过了额定值所导致。

IGBT模块封装过程中的技术详解

在IGBT模块的封装过程中，焊接技术和键合技术扮演着至关重要的角色。首先，真空焊接技术被广泛应用于芯片和DBC基板的焊接，以确保优异的导热性能。焊接质量直接关系到模块运行过程中的传热效率，而DBC基板的空洞率则是评估焊接效果的关键指标。通过这种技术，我们可以有效地避免热积累，从而确保IGBT模块的稳定性。

其次，键合技术也发挥着关键作用。它主要用于实现电气连接，特别是在安和安的大电流环境下，IGBT模块需要处理所有电流。键合的长度和深度对模块的性能至关重要，因为它们直接影响到电流的分布和模块的大小。不合适的键合参数可能导致电流分布不均，进而损坏IGBT模块。

此外，外壳的安装也是封装过程中不可或缺的一环。IGBT芯片本身并不直接与外部环境接触，其绝缘性能主要依赖于外壳。因此，在选择外壳材料时，我们需要考虑其耐高温、抗变形、防潮、防腐蚀等特性，以确保IGBT模块在恶劣环境下也能稳定工作。第三是罐封技术。在IGBT应用于高铁、动车、机车等恶劣环境时，如何确保IGBT芯片与外界环境的隔离，以实现稳定的运行，罐封材料的选择显得尤为重要。我们需要选用性能稳定、无腐蚀性，同时具备绝缘和散热能力的材料，且其膨胀率和收缩率应尽可能小。此外，在大规模封装过程中，为了防止分层现象，我们会在IGBT模块中加入具有缓冲作用的填充物。

第四是质量控制环节。生产完成后，对大功率IGBT进行全面的性能试验是必不可少的。这包括平面设施测试底板的平整度，因为平整度直接影响散热器的接触性能和导热性能。同时，推拉测试用于评估键合点的力度，硬度测试仪则用于确保主电极的硬度适中。此外，超声波扫描技术也被用于检测焊接过程和焊接后的产品质量，以确保导热性的稳定。电气方面的监测手段则主要包括参数和特性的监测，以及绝缘测试。

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