IGBT产业链的主要企业与IGBT模组封装技术和清洗介绍

IGBT产业链概述

IGBT（绝缘栅双极型晶体管）是功率半导体的一种，因其具有高频率、高电压、大电流、易于开关等优良性能，被业界誉为功率变流装置的“CPU”。在中国，随着以轨道交通为代表的新兴市场兴起，中国已经成为全球IGBT最大需求市场。

IGBT产业链的主要企业

IDM厂商

·         株洲中车时代电气：中国中车旗下股份制企业，形成了集IGBT产品设计、芯片制造等成套技术研究、开发、集成于一体的大功率IGBT产业化基地。

·         深圳比亚迪微电子：致力于集成电路及功率器件的开发并提供产品应用的整套解决方案，已相继掌握IGBT芯片设计和制造、模组设计和制造等环节。

·         杭州士兰微电子股份有限公司：从集成电路芯片设计业务开始，逐步搭建了特色工艺的芯片制造平台，并已将技术和制造平台延伸至功率器件、功率模块等。

·         吉林华微电子股份有限公司：集功率半导体器件设计研发、芯片加工、封装测试及产品营销为一体。

·         重庆华润微电子（重庆）有限公司：集半导体设计、研发、制造与服务一体化，以功率半导体器件、功率/模拟集成电路为产业基础。

模组厂商

·         西安永电、西安爱帕克、威海新佳、江苏宏微、嘉兴斯达、南京银茂、深圳比亚迪等。

芯片设计厂商

·         中科君芯、西安芯派、宁波达新、无锡同方微、无锡新洁能、山东科达等。

一、IGBT技术发展历程

IGBT技术自上世纪80年代至今，已经经历了六代技术的发展演变。这个过程中，面对的是大量的结构设计调整和工艺上的难题。主要从三方面发展演变：一是器件纵向结构，二是栅极结构，三是硅片的加工工艺。

IGBT产业链的应用领域

IGBT广泛应用于轨道交通、航空航天、船舶驱动、智能电网、新能源、交流变频、风力发电、电机传动、汽车等强电控制等产业领域。

二、IGBT模组最新技术情况分析

IGBT驱动器的技术要求

1. 动态驱动能力强 现代IGBT驱动器需要具备提供陡峭前后沿的驱动脉冲的能力，这对于减少IGBT在开关过程中产生的损耗至关重要。当IGBT在硬开关方式下工作时，会产生较大的开关损耗，尤其是在工作频率较高时，这种情况更加严重。为了降低开关损耗，驱动器必须能够快速地建立或消除IGBT栅源电压，这就要求驱动器具有足够的瞬时电流吞吐能力。

2. 正确的栅压提供 IGBT驱动器需要为IGBT提供适当的正向和反向栅压。正向栅压过高可能会导致IGBT损坏，而反向栅压则可以确保IGBT在受到噪声干扰时仍能可靠地截止。通常，正向栅压应保持在+15V左右，而反向栅压则应为5~15V。

3. 输入输出电隔离 为了保证设备的正常工作和维护人员的安全，IGBT驱动器还需要具备足够的输入输出电隔离能力。这种电隔离不应影响驱动信号的正常传输。

4. 栅压限幅电路 为了保护IGBT的栅极不被击穿，驱动器内部通常会集成栅压限幅电路。这个电路的作用是确保栅极电压不会超出其最大安全电压范围（一般为±20V）。

5. 过流保护和软关断 当IGBT处于负载短路或过流状态时，驱动器能够在IGBT允许的时间内通过逐渐降低栅压来自动抑制故障电流，实现软关断。这样可以避免快速关断造成的过高的di/dt，从而保护IGBT免受损害。

IGBT驱动器的形式与特点

1. 光电耦合驱动器 一种常见的IGBT驱动器形式是光电耦合驱动器，它通过分立的元件提供正向脉冲和负向封锁脉冲。这种驱动器的特点是双侧都有有源部分，提供的脉冲宽度可以不受限制。此外，它可以通过检测IGBT通态集电极电压来实现过流和短路保护，并且可以对外送出过流信号。目前，这种驱动器多以厚膜电路的形式出现，具有使用方便、一致性及稳定性较好的优点。不过，它需要较多的工作电源，并且光电耦合器的输入输出间耐压一般为交流2500V，对于某些场合可能不够。

2. 驱动电路的抗干扰能力 为了保证IGBT的正常工作，驱动电路应具备较强的抗干扰能力。这是因为IGBT的控制、驱动及保护电路等应与其高速开关特性相匹配。此外，在未采取适当的防静电措施情况下，G-E断不能开路。

三、IGBT模块封装工艺流程

IGBT模块封装工艺流程是一个复杂的过程，涉及到多个关键步骤和辅助工序。以下是根据提供的搜索结果整理的IGBT模块封装工艺流程的主要步骤：

1. 焊接和邦线

·         一次焊接：这是封装过程的第一步，主要是将IGBT芯片和其他组件初步固定在一起。

·         一次邦线：紧接着一次焊接之后进行，这一步骤是为了将芯片和DBC（铝氧化物或氮化铝）等部件通过金属线连接起来。

2. 组装和封壳

·         组装：在完成焊接和邦线之后，会进行组装，这包括将各个部件按照设计要求组合在一起。

·         上外壳和涂密封胶：组装完成后，会为其加上外壳，并在缝隙处涂抹密封胶，以保证模块的防水防尘性能。

3. 固化和灌注

·         固化：密封胶需要足够的时间固化，这个过程通常需要在特定的温度和压力条件下进行。

·         灌硅凝胶：固化之后，会进行硅凝胶的灌注，这一步骤是为了进一步提高模块的散热能力和机械稳定性。

4. 老化筛选

·         老化筛选：最后，IGBT模块会经过老化筛选过程，这是为了检验其在长时间工作下的稳定性和可靠性。

辅助工序

除了上述主要步骤外，IGBT模块封装还包含一些辅助工序，如等离子处理、超声扫描、测试、打标等。这些工序有助于提高模块的性能和质量，确保其在各种工作环境下的可靠运行。

四、 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。

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