6月29日,2023年 IGBT 产业论坛,将在昆山金陵大饭店举行华润微电子,翠展微电子,芯能半导体,日机装株式会社,巴斯夫,比亚迪,中车,广林达,正业科技、安世半导体等企业代表将出席。报名联系张小姐:13418617872 (同微信)。
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),绝缘栅双极型晶体管,是由BJT(双极型三极管)MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。IGBT模块生产过程主要是把晶圆贴片在陶瓷基板上,键合线,插针,点胶密封等过程。在阅读本文之前,欢迎识别二维码加入艾邦IGBT产业微信群;
IGBT模块生产工艺流程及主要设备
下面是一张IGBT实物图,可以看出主要的物料有IGBT芯片,二极管,五金件,键合丝,陶瓷基板,外壳等。
IGBT模块生产工艺流程及主要设备
IGBT模块生产工艺流程如下所示:
IGBT模块生产工艺流程及主要设备
IGBT模块工艺流程及产污节点图

IGBT模块工艺流程简介:
(1)贴晶圆:使用晶圆贴片机将切合的IGBT晶圆和锡片贴装到DBC基板上;
IGBT模块生产工艺流程及主要设备
IGBT晶圆,上面被分割成一颗颗的正是IGBT芯片。贴片设备会将晶圆上的IGBT芯片自动取下来,放置到固定的衬板上,形成IGBT模块的电路
(2)真空回流焊(一次):根据客户需求,将贴好晶圆的DBC基板送入回流炉中,在炉内进行加热熔化(一次回流炉使用电加热,工作温度245℃,持续工作7分钟左右), 以气态的甲酸与锡片金属表面的氧化物生成甲酸金属盐,并在高温下裂解还原金属,以此达到焊接目的,需向炉内注入氮气作为保护气以保证焊接质量。
甲酸焊接过程化学反应机理如下:HCOOH+MO→M+H2O+CO2
IGBT模块生产工艺流程及主要设备
图片来源:智新半导体
(3)检测:使用检测设备对焊接口进行平面和立体成像检测,不合格的产品经人工维修合格后进入下一工序;

IGBT模块生产工艺流程及主要设备

X射线检测,用来检查IGBT模块内部的焊接效果,有无空洞等缺陷
(4)晶圆键合、一体针上锡:使用键合机利用键合线连接一体针与DBC基板的上铜层、DBC基板与底板,该过程需使用二次焊组装机设备利用焊锡丝进行焊点预上锡。

IGBT模块生产工艺流程及主要设备

引线键合环节,机器人通过图像识别技术定位,然后使用超声波引线键合技术将芯片与芯片之间的电路自动连接完整。
(5)超声波清洗:将焊接完成后的半成品置于插针机中,对模块上的针脚进行加盖超声波清洗,主要清洗焊接后针脚上残留的松香。清洗设备有效容积约3.2L,以无水乙醇作为清洁剂,单次清洗约24根针脚,时间约一分钟。
(6)真空回流焊(二次):根据客户需求,将键合完的DBC基板送入回流炉中,在炉内进行加热熔化(二次回流炉使用电加热,工作温度245℃,持续工作8分钟左右),以气态的甲酸与锡片金属表面的氧化物生成甲酸金属盐,并在高温下裂解还原金属,以此将DBC基板焊接到铜基板上,需向炉内注入氮气作为保护气以保证焊接质量。
(7)密封:将半成品与外壳使用点胶及外框组装机进行组装,在外壳点胶(废气产生量较少,可忽略不计),并通过螺钉将外壳安装到铜底板上。该过程使用有机硅密封胶进行点胶;

IGBT模块生产工艺流程及主要设备

(8)超声波焊接:使用超声波焊接设备将端子与半成品焊接,不使用助焊剂及焊材,属于摩擦焊接;
IGBT模块生产工艺流程及主要设备
(9)灌封、固化:常温下,使用灌胶机将有机硅凝胶灌注到外壳内(废气产生量较少,可忽略不计),然后使用固化机进行固化。真空下,通过高温(约110~130℃),将有机硅凝胶固化。先将工件放入真空烤箱内,然后关闭烤箱腔体,抽真空,保压一段时间后再充氮气,接着加热至120℃,保温一定时间,待冷却到室温后,再打开烤箱腔体取出工件。固化过程,在高温下有机硅凝胶固化后形成柔软透明或半透明的弹性体,固化过程产生G5固化废气;
(10)装盖板:安装盖板;
(11)测试:使用测试仪器进行测试。此工序会产生不合格产品;
IGBT模块生产工艺流程及主要设备
全自动高温阻断测试,是在高温高压情况下考验IGBT的可靠性
(12)包装入库:合格成品包装入库。

主要设施设备一览表:
IGBT模块生产线

序号

设备名称

用途/备注

1

晶圆贴片机

放置晶圆

2

一次回流炉

焊接晶圆,电加热

3

二次回流炉

焊接晶圆,电加热

4

超声焊接机

焊接端子

5

键合机

晶圆键合

6

插针机

上针、超声波清洗一体

7

二次焊组装机

焊接基板

8

点胶及外框组装机

密封

9

灌胶机

灌封

10

封盖机

装盖板

11

固化机

固化有机硅凝胶,电加热

12

2D X-Ray无损检测设备

测试

13

超高分辨率3D X-Ray显微镜

测试

14

DBC中测机

测试

15

动静态测试机

测试

16

老化测试机

测试

17

氮气柜

液氮罐5m3*2

18

线体上下料

上下料

19

AGV

自动导引运输车


         

检测研发设备

1

超声波扫描显微镜(C-SAM

2

DBC动态测试

3

DBC静态测试

4

老化测试机

5

AOI自动光学检测

6

灌胶机

7

固化机

8

万能试验机

9

工具显微镜

10

体视显微镜

11

推拉力测试机

12

双脉冲测试台

13

功率循环实验室

14

机加工间

15

电路板焊接及调试区

16

实验室物料存放区

17

实验室资料室

18

危废存放

19

化学品存放

20

研发试制线


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推荐活动:

【邀请函】2023年 IGBT 产业论坛(6月29日·昆山)

2023年 IGBT 产业论坛

 IGBT Industry Forum

6月29日(周四)
昆山金陵大饭店
Jinling Grand Hotel Kunshan
地址:苏州市昆山市 前进东路389号


议题

演讲单位

主论坛

新一代微沟槽技术IGBT芯片的研发

芯能半导体  研发总监  滕渊

一体化高性能逆变砖模块技术研究

翠展微电子  总经理  彭昊

SiC 功率元器件的有压烧结工艺

日机装株式会社  市场销售主管  徐飞

X-RAY在IGBT封装测试中的应用

正业科技  营销总监  刘思敏

圆桌讨论环节

分论坛1

IGBT模块封装技术趋势探讨

华润微电子封测事业群  研发总监  潘效飞

帝科湃泰PacTite®功率半导体封装浆料解决方案

无锡湃泰电子  技术与市场副总裁  南亚雄

IGBT封装材料解决方案

晨日科技   博士/高级工程师  贾越

PPS材料在IGBT行业中的应用

欧瑞达  技术总监  熊军

BASF特性材料在IGBT上的解决方案

巴斯夫  应用开发经理  赵宏斌

AMB陶瓷衬板在IGBT上的应用

待定

分论坛2

全自动IGBT超声检测技术及应用

广林达  半导体事业部总经理  叶乐志

大功率半导体器件多物理仿真与可靠性逆向设计方法

浙江大学  教授  尹文言

高凯技术赋能IGBT真空灌封

高凯技术  华南销售总监  孙小景

双芯片粘片工艺与设备助力优质高效IGBT封装

立德智兴  CTO/博士  李元雄

先进功率模块焊接设备及工艺方案

合肥恒力装备  电热事业部副总经理  赵建华

超声波焊接技术在IGBT领域的应用

待定

晚宴

演讲赞助请联系张小姐:13418617872 (同微信)

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赞助企业:

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深圳市晨日科技股份有限公司
江苏高凯精密流体技术股份有限公司
江苏欧瑞达新材料科技有限公司
翠展微电子(上海)有限公司
华润微电子有限公司
桂林立德智兴电子科技有限公司
广东正业科技股份有限公司
无锡湃泰电子材料科技有限公司
苏州广林达电子科技有限公司
深圳芯能半导体技术有限公司
常州富烯半导体材料科技有限公司
深圳市沃特新材料股份有限公司
浙江博测半导体科技有限公司
东莞市可俐星电子有限公司
苏州晟鼎半导体设备有限公司
奇石乐仪器仪表科技(上海)有限公司
古河产业株式会社
巴斯夫(中国)有限公司
浙江杭可仪器有限公司
宜兴市丁蜀金属陶瓷基片厂

诚联恺达科技有限公司

南通浩盛汽车科技有限公司
上海住荣科技有限公司
合肥恒力装备有限公司
广德东风电子有限公司
浙江大学

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同期论坛:【邀请函】第六届陶瓷基板及封装产业论坛(6月30日 昆山)

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作者 ab