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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，既保留了GTR的饱和压降低、载流密度大的特点，又克服了其驱动电流大的不足。同时，它也继承了MOSFET的驱动功率小、开关速度快的优势，并改善了其导通压降大、载流密度小的局限。正因如此，IGBT在直流电压为V及以上的变流系统中发挥着出色的作用，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。IGBT模块是由IGBT芯片与FWD芯片通过精心设计的电路桥接并封装而成的模块化半导体产品。这种模块化设计使得IGBT模块在变频器、UPS不间断电源等设备上能够直接应用，无需繁琐的安装步骤。IGBT模块不仅节能高效，还具有便捷的安装维修特性和稳定的散热性能。在当今市场上，此类模块化产品占据主流，通常所说的IGBT也特指IGBT模块。随着节能环保理念的日益深入人心，IGBT模块的市场需求将不断增长。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”，在国家战略性新兴产业中占据举足轻重的地位，广泛应用于轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车以及新能源装备等多个领域。
IGBT模块的制造工艺和流程IGBT模块的制造流程涵盖了多个精细步骤，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，以及端子成形和功能测试。这些步骤共同构成了IGBT模块的完整制造流程，确保了产品的质量和性能。
IGBT模块的封装技术是提升其使用寿命和可靠性的关键。随着市场对IGBT模块体积更小、效率更高、可靠性更强的需求趋势，IGBT模块封装技术的研发和应用显得愈发重要。目前，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，而模块封装技术则多种多样，各生产商的命名也各有特色，例如英飞凌的62mm封装、TPDP70等。
IGBT模块包含三个关键连接部分：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。这些接点的损坏，往往源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，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，从而在相同的ΔTjc条件下，提升了约0%的输出功率。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，确保了高度的可靠性。此外，高可靠性锡焊技术也备受瞩目，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降，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、上外壳与涂密封胶、固化、灌硅凝胶以及老化筛选等多个步骤。需要注意的是，这些流程并非一成不变，而是会根据具体模块有所不同，有的可能无需多次焊接或邦线，而有的则可能需要。同时，还有诸如等离子处理、超声扫描、测试和打标等辅助工序，共同构成了IGBT模块的完整封装流程。
IGBT模块的封装作用主要体现在几个方面。首先，采用胶体隔离技术，有效预防模块在运行过程中可能发生的爆炸。其次，其电极结构特别设计为弹簧结构，这一创新之举能在安装过程中缓冲对基板的冲击，从而降低基板裂纹的风险。再者，底板的精心加工与散热器紧密结合，显著提升了模块的热循环能力。具体来说，底板设计采用中间点方式，确保在规定安装条件下，其变形幅度最小化，实现与散热器的理想连接。此外，在IGBT的应用过程中，开通阶段对其影响相对温和，而关断阶段则更为苛刻，因此，大多数的损坏情况都发生在关断过程中，由于超过额定值而引发。
IGBT模块封装过程中的技术详解首先，我们谈谈焊接技术。在实现优异的导热性能方面，芯片与DBC基板的焊接质量至关重要。它直接影响到模块在运行过程中的传热效果。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。
接下来是键合技术。键合的主要作用是实现电气连接的稳定。在大电流环境下，如安和安，IGBT需要传导所有电流，这时键合的长度就显得尤为重要。键合长度和陷进的设计直接影响到模块的尺寸和电流参数。如果键合设计不当，可能导致电流分布不均，从而损害IGBT模块。
此外，外壳的安装也是封装过程中的关键环节。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，外壳材料需要具备耐高温、抗变形、防潮、防腐蚀等多重特性，以确保IGBT模块的稳定运行。第三是罐封技术。在高铁、动车、机车等恶劣环境下，IGBT模块需要面临下雨、潮湿、高原以及灰尘等挑战。为了确保IGBT芯片与外界环境的隔离，实现稳定的运行，罐封材料的选择至关重要。这种材料不仅需要性能稳定、无腐蚀性，还应具备绝缘和散热功能，同时膨胀率和收缩率要小。在封装过程中，我们还会加入缓冲层，以应对芯片运行中的加热和冷却过程。如果填充材料的热膨胀系数与外壳不一致，可能导致分层现象。因此，在IGBT模块中加入适当的填充物，如缓冲材料，可以有效防止这一问题。
第四是质量控制环节。在生产完成后，我们需要对大功率IGBT模块进行全面的性能测试，以确保其质量。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。此外，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。超声波扫描技术则用于检测焊接过程和焊接后的产品质量，包括空洞率，这对导热性的控制至关重要。同时，电气方面的监测手段也必不可少，主要监测IGBT模块的参数和特性是否满足设计要求，以及进行绝缘测试。
