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新聞詳情
IGBT模塊焊料層空洞的形成及常用的無損檢測方式
日期：2024-12-22 19:19
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摘要：
絕緣柵雙極晶體管（IGBT）由于其高輸入阻抗，開關(guān)速度快，通態(tài)電壓低、阻斷電壓高、承受電流大和良好的熱穩(wěn)定性而成為當(dāng)今功率半導(dǎo)體器件開發(fā)的主流。其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，已廣泛應(yīng)用于高鐵及軌道交通，汽車電子，風(fēng)力發(fā)電，太陽能，家用電器，節(jié)能，UPS，數(shù)控機(jī)床，焊接機(jī)，動力傳動等領(lǐng)域。
對于IGBT模塊，模塊的外部是外殼和金屬端子。不僅有芯片，而且還有鍵合線，絕緣陶瓷基板和焊接層，統(tǒng)稱為機(jī)械連接。為了保證產(chǎn)品的耐用性，即產(chǎn)品的使用壽命。 IGBT模塊制造商將在產(chǎn)品*終確定之前進(jìn)行一系列可靠性測試，以確保產(chǎn)...
絕緣柵雙極晶體管（IGBT）由于其高輸入阻抗，開關(guān)速度快，通態(tài)電壓低、阻斷電壓高、承受電流大和良好的熱穩(wěn)定性而成為當(dāng)今功率半導(dǎo)體器件開發(fā)的主流。其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，已廣泛應(yīng)用于高鐵及軌道交通，汽車電子，風(fēng)力發(fā)電，太陽能，家用電器，節(jié)能，UPS，數(shù)控機(jī)床，焊接機(jī)，動力傳動等領(lǐng)域。
對于IGBT模塊，模塊的外部是外殼和金屬端子。不僅有芯片，而且還有鍵合線，絕緣陶瓷基板和焊接層，統(tǒng)稱為機(jī)械連接。為了保證產(chǎn)品的耐用性，即產(chǎn)品的使用壽命。 IGBT模塊制造商將在產(chǎn)品*終確定之前進(jìn)行一系列可靠性測試，以確保產(chǎn)品的長期耐用性。
IGBT模塊生產(chǎn)工藝過程涉及許多環(huán)節(jié)。在真空回流焊接過程中，芯片與直接鍵合銅（DBC）基板上的銅層之間的焊料層以及DBC下部銅層與模塊底板之間的焊料層由于工藝限制，焊料層將會存在空洞。
焊料層的空洞缺陷也會出現(xiàn)在貼裝工藝步驟中。IGBT模塊期間在使用期間，空洞會不穩(wěn)定，由于材料熱膨脹系數(shù)（CTE，熱膨脹系數(shù)）的不匹配，在工作過程中模塊溫度變化時(shí)會產(chǎn)生熱應(yīng)力，從而進(jìn)一步擴(kuò)大空洞。甚至導(dǎo)致相鄰的空洞連接成一片，使得焊料層分層，從而導(dǎo)致模塊的功能失效。
出現(xiàn)空洞的原因有很多，它們的存在極大地影響了模塊的熱性能，這使得模塊的熱阻增加，散熱性能下降，器件的局部溫度升高甚至焊料層和基板分層等故障會進(jìn)一步降低模塊的可靠性和使用壽命。
將芯片焊接到DBC基板上，再將DBC基板焊接到銅基板上，然后通過厚鋁線鍵合工藝實(shí)現(xiàn)芯片與外部端子之間的電連接，然后在外殼上安裝密封膠然后倒入硅膠以實(shí)現(xiàn)模塊內(nèi)部的IGBT密封，防潮，防震和絕緣。
IGBT模塊的內(nèi)部由MOSFET和BJT組成，該產(chǎn)品極易發(fā)生靜電擊穿和過電應(yīng)力破壞。裝置的安裝面暴露在空氣中，極易氧化，影響后續(xù)安裝和使用。IGBT模塊的封閉性就導(dǎo)致了對其工藝檢測的難度，內(nèi)部缺陷只能通過無損檢測的方式進(jìn)行，必須采用專用的檢測手段進(jìn)行篩選及防護(hù)。
無損檢測焊料層的空洞通常采用X-RAY（X射線）無損檢測，X-ray檢測設(shè)備是通過X射線穿透被檢物，對其內(nèi)部進(jìn)行成像，從而直觀的通過檢測圖像，看到內(nèi)部缺陷的一種檢測方式。X射線無損檢測在半導(dǎo)體檢測領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛?？梢杂行У臋z測出IGBT模塊內(nèi)部的空洞率、空洞的位置和尺寸，有效的幫助客戶進(jìn)行半導(dǎo)體可靠性分析。
