IGBT 模块类型、封装材料分类与封装技术全流程解析和IGBT模块清洗剂介绍

IGBT 模块类型、封装材料分类与封装技术全流程解析

IGBT（绝缘栅双极型晶体管）是电力电子变换中的核心元器件，广泛应用于轨道交通、新能源汽车、军工航天、工业机器等领域。为了满足不同应用场景的需求，IGBT模块的类型、封装材料和封装技术都经历了不断的发展和完善。

一、IGBT 模块类型

根据不同的分类标准，IGBT模块可以分为多种类型：

1. 按功能分类：

• 标准IGBT模块

• 智能IGBT模块（IPM）

• 高频IGBT模块

2. 按结构分类：

• 单管IGBT模块

• 多管集成IGBT模块

3. 按应用领域分类：

• 工业级IGBT模块

• 车规级IGBT模块

车规级IGBT模块主要用于新能源汽车的电驱系统中，其工作环境更为复杂，对可靠性和散热性能的要求更高1。

二、IGBT 封装材料分类

IGBT模块的封装材料对其性能和可靠性有着重要影响。常见的封装材料包括：

1. 陶瓷衬板：

• Al₂O₃（氧化铝）：价格低廉，应用最广泛，但热导率较低、热膨胀系数高。

• AlN（氮化铝）：具有较高的热导率，但成本较高。

• Si₃N₄（氮化硅）：兼具良好的导热性能和机械强度，适用于高可靠性要求的应用。

• ZTA（氧化锆增韧氧化铝陶瓷）：在Al₂O₃基础上进行改性，提高了机械强度和导热性能。

2. DBC（直接键合铜）基板：

• DBC基板由陶瓷和铜组成，中间为陶瓷层，上下覆铜层。常用的陶瓷材料为Al₂O₃和AlN。DBC基板具有良好的导电性和隔离作用。

3. 金属底板：

• 通常采用铜材料，用于导热和散热，确保模块在高温环境下稳定工作。

4. 焊料：

• 常用的焊料有锡片或锡膏，用于将IGBT芯片贴附到DBC基板上。

5. 灌封胶：

• 用于壳体灌胶与固化，起到绝缘保护和增强机械强度的作用。

三、IGBT 模块封装技术全流程

IGBT模块的封装工艺流程非常复杂，主要包括以下几个步骤：

四、IGBT 模块封装技术的关键挑战

1. 热管理：

• IGBT模块在工作过程中会产生大量热量，因此需要高效的散热设计。陶瓷衬板的选择和DBC基板的设计对于热管理至关重要。

2. 可靠性：

• IGBT模块需要在极端温度变化和高电压条件下长时间工作，因此封装材料和工艺必须具备高可靠性。例如，真空回流焊接工艺可以显著降低焊点空洞率，提高模块的导电导热性能。

3. 电气性能：

• 为了减少能源损耗，IGBT模块需要具有低介电常数的基板材料，以避免产生杂散电感。此外，键合工艺的质量直接影响模块的电气连接性能。

4. 成本控制：

• IGBT模块的成本主要来自芯片、封装材料和制造工艺。随着国内供应商如比亚迪半导体、斯达半导、中车时代等的崛起，国产化替代逐渐成为可能，有助于降低整体成本。

五、未来发展趋势

1. 新材料的应用：

• 随着对高性能IGBT模块需求的增长，新型陶瓷材料如Si₃N₄和ZTA将进一步得到推广，以提升模块的导热性能和机械强度。

2. 先进封装技术：

• 真空回流焊接、超声波清洗、X-RAY缺陷检测等先进封装技术将继续优化，进一步提高模块的可靠性和电气性能。

3. 智能化与集成化：

• 智能IGBT模块（IPM）将在未来获得更多关注，这类模块集成了驱动电路、保护电路等功能，简化了系统设计并提高了整体效率。

4. 国产化进程加速：

• 随着国内企业在IGBT芯片设计、封装测试等环节的技术突破，国产IGBT模块的市场份额将持续扩大，特别是在新能源汽车领域。

结论

IGBT模块作为电力电子变换的核心元器件，其类型、封装材料和封装技术的选择对其性能和可靠性有着深远的影响。从单管IGBT模块到多管集成模块，从Al₂O₃陶瓷到Si₃N₄陶瓷，再到先进的真空回流焊接和X-RAY缺陷检测技术，IGBT模块的封装工艺正在不断演进。未来，随着新材料和新技术的应用，IGBT模块将在新能源汽车、轨道交通等领域发挥更加重要的作用。

IGBT模块芯片封装清洗剂选择：

水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要，一旦选定，就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

污染物有多种，可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气，通电后发生电化学迁移，形成树枝状结构体，造成低电阻通路，破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层，在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物，还有粒状污染物，例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等，这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

这么多污染物，到底哪些才是最备受关注的呢？助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中，它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分，焊后必然存在热改性生成物，这些物质在所有污染物中的占据主导，从产品失效情况来而言，焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素，离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降，松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大，严重者导致开路失效，因此焊后必须进行严格的清洗，才能保障电路板的质量。

合明科技研发的水基清洗剂配合合适的清洗工艺能为芯片封装前提供洁净的界面条件。

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