等離子清洗機(jī)在IGBT模塊封裝中的應(yīng)用
文章出處：等離子清洗機(jī)廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時(shí)間：2023-10-26
功率電子器件泛指二極管、三極管等特殊電子器件，它們由于自己的特性分別作用于不同領(lǐng)域。絕緣柵雙極型晶體管（InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT）是當(dāng)前電力電子設(shè)備的主流產(chǎn)品，是實(shí)現(xiàn)高性能功率轉(zhuǎn)換和控制的核心器件。它是一種復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，結(jié)合了絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）和雙極型三極管（BJT）的優(yōu)點(diǎn)，具有驅(qū)動(dòng)功率小，飽和壓降低，載流密度大，開關(guān)速度快等特點(diǎn)。隨著人們對(duì)減少碳排放、保護(hù)環(huán)境的意識(shí)不斷增強(qiáng)，具有高效電能轉(zhuǎn)換作用的IGBT模塊作為控制器系統(tǒng)的關(guān)鍵部位已經(jīng)廣泛應(yīng)用在軌道交通、電動(dòng)汽車、航空電源、光伏逆變器等對(duì)安全性要求較高的電力電子系統(tǒng)中。
IGBT模塊可靠性往往會(huì)影響整個(gè)電力電子系統(tǒng)的效率、能耗和成本。IGBT模塊在應(yīng)用過程中長(zhǎng)期承受溫度變化，模塊內(nèi)部疲勞老化逐漸加重，導(dǎo)致發(fā)生失效故障，縮短器件服役年限，不僅對(duì)電力系統(tǒng)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失，而且可能導(dǎo)致安全事故，危害工作人員的生命安全。特別是在近年來(lái)，隨著第三代半導(dǎo)體器件的發(fā)展，出現(xiàn)了以碳化硅為代表的高性能器件，IGBT模塊不斷朝著高功率密度、高開關(guān)頻率、小封裝體積方向發(fā)展。隨之而來(lái)的是模塊內(nèi)部發(fā)熱量也在不斷增加，將進(jìn)一步加速老化失效速率，因此提高IGBT模塊的可靠性成為半導(dǎo)體器件封裝技術(shù)的主要突破目標(biāo)。
等離子清洗機(jī)的工作原理是在射頻電壓激勵(lì)下，低壓氣體產(chǎn)生活性等離子體，等離子體通過物理碰撞或化學(xué)反應(yīng)等方式分解多余物，有效地去除材料表面污染物。等離子體是由正離子、負(fù)離子和自由電子等帶電粒子以及不帶電的中性粒子如激發(fā)態(tài)分子以及自由基組成的部分電離的氣體組成，由于其正負(fù)電荷總是相等的，所以稱為等離子體，它是物質(zhì)常見的固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)之外的第四態(tài)。在電子器件清洗中，主要是低壓氣體輝光等離子清洗。已有多篇文獻(xiàn)證實(shí)，等離子清洗可以顯著提高功率電子器件界面連接質(zhì)量和可靠性。
常見芯片為硅基鍍金芯片，金鍍層表面常常會(huì)有油脂、油污等有機(jī)物及氧化層，在進(jìn)行芯片的貼裝前，需要用一定的方法將有機(jī)物及氧化層去除，以提高芯片表面活性（附著力）從而提高與焊膏連接界面的強(qiáng)度。
在等離子清洗中，一般可將活化氣體分為兩類：一類為由惰性氣體產(chǎn)生的等離子體（如Ar，N等）；另一類為由反應(yīng)性氣體產(chǎn)生的等離子體（如O，H，氟氣體等）。在芯片粘接中，氧氣和氬氣是兩種常用的等離子活化氣體，運(yùn)用氧氣和氬氣等離子在清洗芯片的過程中，芯片鍍層表面會(huì)分別受到化學(xué)處理和物理轟擊的作用，分別經(jīng)歷以下幾個(gè)步驟：
第一步為污染物在真空和瞬時(shí)高溫狀態(tài)下部分蒸發(fā)；
第二步為在高能量氧離子或氬離子的沖擊下，芯片表面污染物快速氣化。
第三步為真空泵工作將污染物抽出。
第四步為充入氮?dú)猓骨惑w恢復(fù)常壓狀態(tài)。
除此之外等離子清洗機(jī)還可以對(duì)IGBT模塊的DBC基板和功率端子等進(jìn)行清洗，以去除基板表面的有機(jī)物，氧化物，微顆粒污染物等雜質(zhì)，提高封裝可靠性。等離子清洗具有常規(guī)清洗方法無(wú)法到達(dá)的效果，通過離子轟擊的方法可以將組件表面的油污等雜質(zhì)徹底清洗掉。
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