等離子清洗機在IGBT模塊封裝中的應用

文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時間：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域。絕緣柵雙極型晶體管（InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT）是當前電力電子設備的主流產品，是實現高性能功率轉換和控制的核心器件。它是一種復合全控型電壓驅動式功率半導體器件，結合了絕緣柵型場效應管（MOSFET）和雙極型三極管（BJT）的優(yōu)點，具有驅動功率小，飽和壓降低，載流密度大，開關速度快等特點。隨著人們對減少碳排放、保護環(huán)境的意識不斷增強，具有高效電能轉換作用的IGBT模塊作為控制器系統(tǒng)的關鍵部位已經廣泛應用在軌道交通、電動汽車、航空電源、光伏逆變器等對安全性要求較高的電力電子系統(tǒng)中。

IGBT模塊可靠性往往會影響整個電力電子系統(tǒng)的效率、能耗和成本。IGBT模塊在應用過程中長期承受溫度變化，模塊內部疲勞老化逐漸加重，導致發(fā)生失效故障，縮短器件服役年限，不僅對電力系統(tǒng)帶來經濟損失，而且可能導致安全事故，危害工作人員的生命安全。特別是在近年來，隨著第三代半導體器件的發(fā)展，出現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、高開關頻率、小封裝體積方向發(fā)展。隨之而來的是模塊內部發(fā)熱量也在不斷增加，將進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體器件封裝技術的主要突破目標。

等離子清洗機在IGBT模塊封裝中的應用

等離子清洗機的工作原理是在射頻電壓激勵下，低壓氣體產生活性等離子體，等離子體通過物理碰撞或化學反應等方式分解多余物，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，由于其正負電荷總是相等的，所以稱為等離子體，它是物質常見的固態(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。已有多篇文獻證實，等離子清洗可以顯著提高功率電子器件界面連接質量和可靠性。

常見芯片為硅基鍍金芯片，金鍍層表面常常會有油脂、油污等有機物及氧化層，在進行芯片的貼裝前，需要用一定的方法將有機物及氧化層去除，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生的等離子體（如Ar，N等）；另一類為由反應性氣體產生的等離子體（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，芯片鍍層表面會分別受到化學處理和物理轟擊的作用，分別經歷以下幾個步驟：
第一步為污染物在真空和瞬時高溫狀態(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。
第四步為充入氮氣，使腔體恢復常壓狀態(tài)。

除此之外等離子清洗機還可以對IGBT模塊的DBC基板和功率端子等進行清洗，以去除基板表面的有機物，氧化物，微顆粒污染物等雜質，提高封裝可靠性。等離子清洗具有常規(guī)清洗方法無法到達的效果，通過離子轟擊的方法可以將組件表面的油污等雜質徹底清洗掉。