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什么是 IGBT 模块?

所属分类:公司新闻    发布时间: 2022-06-06    作者:admin
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什么是 IGBT

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),绝缘栅双极型晶体管,是由 BJT(双极型三极管)和 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。GTR 饱和压降低,载流密度大,但驱动电流较大;MOSFET 驱动功率很小,开关速度快,但导通压降大,载流密度小。IGBT 综合了以上两种器件的优点,驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为 600V 及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

什么是 IGBT 模块

IGBT 模块是由 IGBT(绝缘栅双极型晶体管芯片)与 FWD(续流二极管芯片)通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品;封装后的 IGBT 模块直接应用于变频器、UPS 不间断电源等设备上;

IGBT 模块的特点与市场

IGBT 模块具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点;当前市场上销售的多为此类模块化产品,一般所说的 IGBT 也指 IGBT 模块;随着节能环保等理念的推进,此类产品在市场上将越来越多见;IGBT 是能源变换与传输的核心器件,俗称电力电子装置的“CPU”,作为国家战略性新兴产业,在轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域应用极广。

IGBT 模块的制造工艺和流程

西安IGBT模块测试

生产制造流程:

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➔端子成形➔功能测试

IGBT 模块封装是将多个 IGBT 集成封装在一起,以提高 IGBT 模块的使用寿命和可靠性,体积更小、效率更高、可靠性更高是市场对 IGBT 模块的需求趋势,这就有待于 IGBT模块封装技术的开发和运用。目前流行的 IGBT 模块封装形式有引线型、焊针型、平板式、圆盘式四种,常见的模块封装技术有很多,各生产商的命名也不一样,如英飞凌的 62mm 封装、TP34、DP70 等等。

IGBT 模块有 3 个连接部分:硅片上的铝线键合点、硅片与陶瓷绝缘基板的焊接面、陶瓷绝缘基板与铜底板的焊接面。这些接点的损坏都是由于接触面两种材料的热膨胀系数(C犯)不匹配而产生的应力和材料的热恶化造成的。

IGBT 模块封装技术很多,但是归纳起来无非是散热管理设计、超声波端子焊接技术和高可靠锡焊技术

(1)散热管理设计方面,通过采用封装的热模拟技术,优化了芯片布局及尺寸,从而在相同的ΔTjc 条件下,成功实现了比原来高约 10%的输出功率

(2)超声波端子焊接技术可将此前使用锡焊方式连接的铜垫与铜键合引线直接焊接在一起。该技术与锡焊方式相比,不仅具备高熔点和高强度,而且不存在线性膨胀系数差,可获得较高的可靠性。与会者对于采用该技术时不需要特别的准备。富士公司一直是在普通无尘室内接近真空的环境下制造,这种方法没有太大的问题。

(3)高可靠性锡焊技术。普通 Sn-Ag 焊接在 300 个温度周期后强度会降低 35%,而 Sn-Ag-In 及 Sn-Sb 焊接在相同周期之后强度不会降低。这些技术均“具备较高的高温可靠性”。

IGBT 模块封装流程:

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---老化筛选。这些流程不是固化的,要看具体的模块,有的可能不需要多次焊接或邦线,有的则需要,有的可能还有其他工序。上面也只是一些主要的流程工艺,其他还有一些辅助工序,如等离子处理,超声扫描,测试,打标等等。

IGBT 模块封装的作用 IGBT 模块封装采用了胶体隔离技术,防止运行过程中发生爆炸;第二是电极结构采用了弹簧结构,可以缓解安装过程中对基板上形成开裂,造成基板的裂纹;第三是对底板进行加工设计,使底板与散热器紧密接触,提高了模块的热循环能力。

对底板设计是选用中间点设计,在我们规定的安装条件下,它的幅度会消失,实现更好的与散热器连接。后面安装过程我们看到,它在安装过程中发挥的作用。产品性能,我们应用 IGBT 过程中,开通过程对 IGBT 是比较缓和的,关断过程中是比较苛刻。大部分损坏是关断造成超过额定值。