IGBT模块封装
IGBT模块封装流程 原理图
IGBT模块封装流程原理图作者：海飞乐技术时间：2017-07-25 10:14IGBT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。
如下图，采用英飞凌62mm封装的FF300R12KS4结构图英飞凌62mm封装的FF300R12KS4 IGBT模块结构图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。
下面以富士通经典的IGBT封装PrimePACK封装来说明三项技术的原理和特点:(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。
使用模拟器的散热管理设计的IGBT模块效果(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(图2)。
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(图3)。
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。
利用超声波直接焊接IGBT模块的铜材料IGBT模块封装技术超声波焊接与锡焊的比较图3:超声波焊接与锡焊的比较(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。
IGBT的应用-电子封装
一文读懂IGBT在新能源电动汽车中的应用1、IGBT 定义IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管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2、IGBT的用途IGBT是能源变换与传输的核心器件，俗称电力电子装置的“CPU”，应用于直流电压为600V及以上的变流系统如轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域。
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3、IGBT模块的特点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4、用最简单的语言概括IGBT的功能和作用控制能源的变换和传输5、为什么电动汽车需要IGBT？IGBT的作用是交流电和直流电的转换，同时IGBT还承担电压的高低转换的功能。
外界充电的时候是交流电，需要通过IGBT转变成直流电然后给电池，同时要把220V电压转换成适当的电压以上才能给电池组充电。
电池放电的时候，把通过IGBT把直流电转变成交流电机使用的交流电，同时起到对交流电机的变频控制，当然变压是必不可少的。
IGBT是功率半导体器件，可以说是电动车的的核心技术之一,IGBT的好坏直接影响电动车功率的释放速度。
6、IGBT的工作原理以空调压缩机为例：国内规定的电压220V，频率50Hz的电流经整流滤波后得到310V左右的直流电，此直流电经过逆变后，就可以得到用以控制压缩机运转的变频电源，这就能将50赫兹的电网频率转变为30-130赫兹，利用电源频率可以控制平滑控制压缩机转速，达到自动无级变速，使压缩机始终处于最佳工作状态。
在电动车上，可以把电机看成压缩机。
两者原理几乎完全一致。
7、IGBT在现代交通系统中的重要性直流充电桩30%的原材料成本是IGBT电力机车一般需要500 个IGBT 模块动车组需要超过100 个IGBT 模块一节地铁需要50-80 个IGBT 模块8、IGBT成本的重要性IGBT约占电机驱动系统成本的一半，而电机驱动系统占整车成本的15-20%，也就是说IGBT占整车成本的7-10%，是除电池之外成本第二高的元件，也决定了整车的能源效率。
igbt模块封装工艺流程
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igbt 标准封装
igbt 标准封装IGBT 标准封装。
IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种广泛应用于电力电子领域的功率半导体器件，具有高压、高速、高温、高频等特点。
IGBT 标准封装是指为了满足不同应用场景的需求，制定了一系列标准封装规范，以便于IGBT器件的生产、应用和维护。
本文将介绍IGBT 标准封装的相关内容。
首先，IGBT 标准封装的种类主要包括TO-220、TO-247、TO-263、SOT-227等。
这些封装类型在尺寸、散热性能、电气特性等方面存在差异，用户可以根据具体的应用要求选择合适的封装类型。
例如，对于功率密度要求较高的应用场景，可以选择散热性能更好的TO-247封装；而对于空间有限的应用场景，可以选择尺寸较小的TO-220封装。
其次，IGBT 标准封装的材料主要包括塑料封装和金属封装两种。
塑料封装主要应用于低功率、低频率的场合，具有成本低、重量轻、绝缘性能好等优点；而金属封装主要应用于高功率、高频率的场合，具有散热性能好、耐高温、耐高压等优点。
用户在选择封装材料时，需要根据具体的应用环境和性能要求进行权衡。
此外，IGBT 标准封装的焊接技术也是非常重要的一环。
正确的焊接技术可以保证器件与散热器之间的良好接触，从而提高散热效果，延长器件的使用寿命。
常见的焊接技术包括手工焊接、波峰焊接、回流焊接等，用户需要根据自身的生产设备和工艺条件选择合适的焊接技术，并严格按照相关标准进行操作。
最后，需要注意的是，IGBT 标准封装的质量控制非常关键。
在生产过程中，需要严格执行相关的质量标准和流程，确保每个封装器件的质量稳定可靠。
同时，在应用过程中，用户也需要根据厂家提供的使用手册，正确安装和使用封装器件，避免因操作不当导致的性能下降甚至损坏。
总之，IGBT 标准封装是保证IGBT器件正常工作的重要保障，用户在选择和应用封装器件时，需要综合考虑尺寸、材料、焊接技术和质量控制等因素，以确保器件的稳定性和可靠性。
IGBT 功率模块封装失效机理及监测方法综述
1 引言2060 年中国将实现“碳中和”的目标，高效利用绿色能源是实现这一目标的重要途径。
功率模块是实现绿色能源转换的重要部件，绝缘栅门极晶体管( Insulated Gate Bipolar Translator，IGBT) 作为使用频率最高的电源转换芯片，是出现故障频率最高的器件，其失效机理及检测方式被大量研究。
可靠的封装为芯片工作提供稳定的电气连接、良好的绝缘性能和充分的抗干扰能力，是IGBT 功率模块可靠性的重要组成部分。
现在被主流使用的封装形式有焊接型和压接型封装。
两种封装结构在功率密度、串并联能力、制造费用、封装可靠性和散热能力等方面有所不同，其性能对比如图 1 所示。
由于压接型封装具有双面冷却和失效自短路效应，其在散热、可靠性及串联能力上优于焊接型封装，因此被广泛用于高功率密度场合，如高压电网和高功率机械设备，但封装复杂笨重。
焊接型封装结构因其制造工艺简单、成本低和并联能力强被广泛使用在中低功率密度场合，如消费电子、汽车电子。
两种封装结构导致了不同的失效机理，但其本质多是IGBT 芯片工作产生的热量未即时耗散，引起温度梯度，最终导致的封装材料疲劳致使失效。
因此，本文首先对两种IGBT 功率模块封装结构及失效机理进行阐述，然后对IGBT 功率模块封装失效监测方法进行了分析，最后提出IGBT 功率模块封装可靠性及失效监测存在的问题和发展方向。
2 IGBT 功率模块封装结构及失效机理2. 1 焊接型IGBT 功率模块封装结构及失效机理2. 1. 1 焊接型IGBT 功率模块封装结构自1975 年，焊接型IGBT 功率模块封装被提出，便被广泛使用，其典型封装结构如图 2 所示。
其中，直接覆铜陶瓷板( Direct Bonded Copper，DBC)由上铜层、陶瓷板和下铜层组成，其一方面实现对IGBT 芯片和续流二极管的固定和电气连接，另一方面形成了模块散热的主要通道。
欲加入IGBT交流群，加VX：tuoke08。
IGBT功率模块封装失效机理及监测方法综述
IGBT功率模块封装失效机理及监测方法综述IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）功率模块是一种集成了功率MOSFET和双极晶体管结构的半导体器件，广泛应用于高功率和高频率开关电源和电力电子应用中。
IGBT功率模块的性能和可靠性对电力系统的稳定运行起着至关重要的作用。
然而，由于工作环境的恶劣以及运行的高电流和高温度等因素，IGBT功率模块容易出现封装失效，影响其性能和寿命。
1.焊接疲劳：由于功率模块在工作过程中会不可避免地受到温度循环的作用，焊接接点易受到热应力的影响，导致焊接疲劳和裂纹的产生，从而引起焊点脱落和模块间隙增大。
2.焊接接触不良：焊接接点的不良接触会导致接触电阻升高，并在高功率运行时产生局部过热，导致接触界面松动，增加电阻和损耗。
3.热膨胀不匹配：由于功率模块中不同材料的热膨胀系数不同，工作过程中温度变化引起的热膨胀不匹配会导致模块内部应力的积累，从而损坏封装材料。
4.熔敷金属扩散：在高温环境下，熔敷金属会发生扩散，导致金属间的相互渗透和细化，降低导电和导热性能。
为了监测和评估IGBT功率模块的封装失效，可采用以下方法：1.热循环试验：通过将功率模块置于高温和低温交替的环境中，模拟实际工作条件下的热循环，以评估模块封装对温度变化的适应性和寿命。
2.压力测试：通过施加一定的机械压力，并在高温、高湿环境下测试，检测模块封装是否存在裂纹、脱落等问题，评估其可靠性。
3.红外热像仪：使用红外热像仪可以检测模块工作过程中的温度分布和局部过热现象，及时发现模块的温度异常情况。
4.电流监测：通过在模块输入和输出端接入电流传感器，实时监测电流波形和变化，以判断IGBT功率模块的工作状态和性能。
5.静电放电检测：静电放电是导致功率模块损坏的重要因素之一，可使用相关设备对模块进行静电放电测试，评估其抗静电能力。
综上所述，IGBT功率模块封装失效机理主要包括焊接疲劳、焊接接触不良、热膨胀不匹配和熔敷金属扩散等问题。
IGBT模块的封装与测试考核试卷
6. TO-220; DIP; SMD
7. overvoltage; overcurrent
8. aging test; thermal cycle test
9. be unified; adapted to module models
10. temperature fluctuations
B.动态测试
C.热测试
D.外观检查
20.关于IGBT模块的测试标准，以下描述错误的是：（）
A.测试标准应统一
B.测试标准应根据模块型号进行调整
C.测试标准应考虑实际应用场景
D.测试标准可以随意制定
二、多选题（本题共20小题，每小题1.5分，共30分，在每小题给出的四个选项中，至少有一项是符合题目要求的）
A.逆变器
B.变频器
C. UPS
D.灯具
12. IGBT模块的封装工艺中，以下哪个环节可能导致模块损坏：（）
A.贴片
B.焊接
C.绑线
D.验收
13.以下哪种因素不会影响IGBT模块的测试结果：（）
A.环境温度
B.测试设备
C.测试人员
D.模块质量
14. IGBT模块测试时，以下哪个参数不是衡量模块性能的关键指标：（）
A.驱动电路需要提供适当的驱动电流
B.驱动电路需要隔离高、低电压
C.驱动电路可以提高开关速度
D.驱动电路无需考虑温度影响
5.以下哪个不是IGBT模块封装形式：（）
A. TO-220
B. DIP
C. SMD
D. COB
6. IGBT模块封装过程中的烘烤目的是：（）
A.去除水分
B.提高焊接质量
IGBT的封装失效机理
IGBT的封装失效机理1.1概述IGBT是一种新型的电力电子器件，诞生于70年代后期，刚开始时因其自身的PNPN四层结构构成了一个寄生的晶闸管，容易产生闩锁现像（Latch-Up）。
直到80年代通过将源区N+和P阱用金属层短路才基本消除闩锁现像，这才使得之实用化成为可能。
由于它是一种复合型晶体管，既具备MOSFET的高速切换能力，又有晶闸管大电压，大电流的处理能力，在200V—6500V的电力电子领域有着非常广泛的应用，并开始占据原本由GTO统治的应用领域。
我国IGBT 的应用市场很快占到了世界市场的一半，然而，我国的IGBT芯片技术还不成熟，主要依赖于进口，这成了我国电力电子的软肋，也是我国科技中的薄弱点。
在种类上，IGBT主要分为穿通型（Punch Through），非穿通型（Non Punch Through），以及场截止式（FieLd Stop）.相比于穿通和非穿通型IGBT，场截止IGBT芯片更薄，导通损耗更低，；由于功率芯片工艺条件的限制，单个IGBT芯片面积很少超出2-3cm2，电流等级也不会超过150A。
为应对大电流的需要，通常将多个IGBT芯片并联而成。
同样将芯片串联而成可实现高的耐压能力。
这样，IGBT模块应运而生。
1.2IGBT模块结构IGBT模块主要由若干混联的IGBT芯片构成，个芯片之间通过铝导线实现电气连接。
标准的IGBT封装中，单个IGBT还会并有续流二极管，接着在芯片上方灌以大量的硅凝胶，最后用塑料壳封装，IGBT单元堆叠结构如图1-1所示。
图1-1IGBT模块内部结构从上之下它依次由芯片，DBC（Directed Bonding Copper）以及金属散热板（通常选用铜）三部分组成。
DBC由三层材料构成，上下两层为金属层，中间层是绝缘陶瓷层。
相比于陶瓷衬底，DBC的性能更胜一筹：它拥有更轻的重量，更好的导热性能，而且可靠性更好。
1.3IGBT的封装失效机理功率器件的可靠性是指在规定条件下，器件完成规定功能的能力，通常用使用寿命表示。
IGBT功率模块工艺介绍.
老化炉
Tesec 静态测试系统
Lemsys 动态测试系统 高加速应力实验箱
IGBT 模块成品
Thank you !
供应商： 中国博瑞德生产
超声波清洗机
5、缺陷检测（X光或SAM）
目的： 通过X光检测筛选出空洞
大小符合标准的半成品，防 止不良品流入下一道工序
设备：XD7500VR X-RAY检 测机
供应商：英国Dage制造
X-RAY
6、自动键合
目的：通过键合打线，将各个IGBT芯片或DBC 间连结起来，形成完整的电路结构
电热恒温鼓风干燥箱真空干Fra bibliotek箱抽真空
固化完成
高温固化
10、封装、端子成形
目的：对产品进行加装顶盖并对端子进行折 弯成形
设备：折弯机
11、功能测试
目的： 对成形后产品进行高低温冲击检验、老化检验
后，测试IGBT静态参数、动态参数以符合出厂标准
设备： Espec高低温冲击实验箱 老化炉 Tesc 静态测试系统 Lemis 动态测试系统
底板的作用
设备： LGY-150B 智能化滴胶机 RB-1031IM 三轴自动点胶机
三轴自动点胶机
点胶后安装底板
9、壳体灌胶与固化
目的： 对壳体内部进行加注A、B胶并抽真空，高
温固化 ，达到绝缘保护作用
设备： FT-6000D 双液计量混合连续供给系统 电热恒温鼓风干燥箱 真空干燥箱
双液计量混合连续供给系统
3、真空回流焊接
目的：将完成贴片的DBC半成品置于真空炉内， 进行回流焊接 设备：VL0-180 真空焊接系统 供应商：德国Centrotherm制造
4、超声波清洗
目的： 通过清洗剂对焊接完成后的DBC半成品进行清洗，