IGBT，即绝缘栅双极型晶体管，是一种集成了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。它巧妙地融合了MOSFET的高输入阻抗与GTR的低导通压降，既展现了GTR的饱和压降低、载流密度大的特点，又保留了MOSFET驱动功率小、开关速度快的优势。正因如此，IGBT在直流电压达到V及以上的变流系统中有着广泛的应用，如交流电机、变频器、开关电源、照明电路以及牵引传动等多个领域。

一、IGBT模块的定义

IGBT模块，是由IGBT芯片与FWD（续流二极管芯片）经过精密的电路桥接与封装工艺，所形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不间断电源等各类电力电子设备中。

二、IGBT模块的特点及其在市场上的地位

IGBT模块凭借其节能、便于安装维修以及稳定的散热性能等特点，在市场上广受青睐。目前，市面上销售的多为这类模块化产品，通常所说的IGBT即指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愈发常见。作为能源变换与传输的关键器件，IGBT模块被誉为电力电子装置的“CPU”，其在轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车以及新能源装备等多个领域均有着广泛的应用，是国家战略性新兴产业的重要组成部分。

三、IGBT模块的制造工艺与流程

IGBT模块的生产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（X光）、自动引线键合、激光打标、壳体塑封、壳体灌胶与固化，以及端子成形和功能测试等。这些步骤共同构成了IGBT模块的精密制造过程，确保了产品的卓越性能与稳定质量。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。市场对IGBT模块的需求正朝着体积更小、效率更高、可靠性更强的方向发展，这推动了IGBT模块封装技术的持续进步。目前，常见的IGBT模块封装形式包括引线型、焊针型、平板式和圆盘式，而模块封装技术则因生产商而异，如英飞凌的62mm封装、TP34、DP70等。

IGBT模块存在三个关键连接部分：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。这些接点的失效通常归因于接触面材料热膨胀系数的不匹配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，主要包括散热管理设计、超声波端子焊接技术，以及高可靠锡焊技术。在散热管理上，通过封装的热模拟技术，芯片布局和尺寸得到了优化，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实现了铜垫与铜键合引线的直接连接，不仅熔点高、强度大，还消除了线性膨胀系数差，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，特别是Sn-Ag-In和Sn-Sb焊接，在经过个温度周期后强度仍保持不减，显示出优异的高温稳定性。

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、涂密封胶、固化、灌硅凝胶以及老化筛选等多个步骤。需要注意的是，这些流程并非固定不变，而是根据具体模块的需求而有所不同。某些模块可能不需要多次焊接或邦线，而某些则可能需要。此外，还有许多其他辅助工序，如等离子处理、超声扫描、测试和打标等，它们共同构成了IGBT模块封装的完整工艺。IGBT模块的封装作用主要体现在几个方面。首先，它采用了胶体隔离技术，有效预防了模块在运行过程中可能发生的爆炸事故。其次，其电极结构设计了弹簧结构，这一创新之处能够减轻安装时对基板的冲击，从而降低基板开裂的风险。再者，通过对底板的精心加工，使其与散热器能够紧密贴合，显著提升了模块的热循环性能。

在底板设计上，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，能够确保其变形幅度降至最低，从而实现与散热器的优化连接。这一设计在后续的安装过程中发挥了至关重要的作用。此外，在IGBT的应用过程中，我们注意到开通过程对IGBT的影响较为温和，而关断过程则更为苛刻。因此，大多数的损坏情况都是由于关断过程中超过额定值所导致的。四、IGBT模块封装过程中的技术详解首先，我们探讨了焊接技术。在实现良好的导热性能方面，芯片焊接和DBC基板焊接的质量至关重要，因为它们直接影响到模块在运行过程中的传热性能。我们采用真空焊接技术，可以清晰地观察到DBC和基板的空洞率，从而确保不会形成热积累，进而保护IGBT模块免受损坏。

其次，键合技术也是封装过程中的一个关键环节。键合的主要作用是实现电气连接，特别是在安和安的大电流情况下，IGBT需要传导所有电流，因此键合的长度和深度变得尤为重要。不合适的键合陷进或长度可能导致电流分布不均，从而损坏IGBT模块。

此外，外壳的安装也不容忽视。由于IGBT芯片本身并不直接与空气等环境接触，其绝缘性能主要通过外壳来保障。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模块的稳定性和安全性。第三是罐封技术。在IGBT应用于高铁、动车、机车等恶劣环境时，如何确保其芯片与外界环境的隔离并保持稳定运行，罐封材料的选择显得尤为关键。我们需要选用性能稳定、无腐蚀性、同时具备绝缘和散热功能的材料，且其膨胀率和收缩率要尽可能小。在大量生产时，我们会在填充材料中加入缓冲层，以应对芯片在运行过程中的加热和冷却。若填充材料的热膨胀系数与外壳不匹配，可能导致分层现象，因此在IGBT模块中加入缓冲填充物至关重要。

第四是质量控制环节。生产完成后，所有大功率IGBT模块都必须经过严格的质量测试。这包括平整度测试，以确保底板能够高效地传输热量到散热器；推拉测试，以检验键合点的强度；硬度测试，以确保主电极的硬度适中；以及超声波扫描，以检测焊接过程和产品质量的空洞率。这些措施共同确保了IGBT模块在电气和导热性能方面的稳定性和可靠性。

转载请注明:http://www.aideyishus.com/lkgx/7918.html