固晶机在半导体封装领域中扮演着至关重要的角色。作为半导体封装工艺中的关键设备之一它的性能和精度对半导体器件的质量和性能有着重要影响。不仅提高生产效率,降低生产成本,同时也可以保证产品的质量和可靠性。
随着电力电子技术的不断发展,功率半导体器件在现代电力系统中扮演着至关重要的角色。其中,绝缘栅双极晶体管(InsulatedGate Bipolar Transistor,简称IGBT)模块作为一种高性能功率开关器件,引领着电力电子领域的创新和发展。IGBT模块的基本构成包括多个IGBT器件、驱动电路、保护电路和散热结构。这些组件相互协作,使得IGBT模块能够在复杂的电力应用中发挥关键作用。其工作原理与单个IGBT器件相似,但它们的关键优势在于多个器件的集成和协同工作。
如果去掉黑色外壳和外部连接端子,IGBT模块主要包含散热基板、DBC基板和硅芯片(包括IGBT芯片和Diode芯片)3个元件,其余主要是焊层和互连线用于连接IGBT芯片、Diode芯片、电源端子、控制端子和DBC(Direct Bond Copper)
IGBT根据封装形式不同可分为单管、模组与IPM模块。光伏逆变器中主要使用IGBT单管与IGBT模块。IGBT模块内部由多个IGBT芯片与FRD芯片通过电路与桥路封装;功率较单管更高。封装环节的难点在于保证器件的高可靠性,散热效率为模块封装中的关键指标,直接影响IGBT的最高工作结温,从而影响IGBT的功率密度。
IGBT模块的核心生产过程也包括芯片设计、晶圆制造、封测与模块设计三个主要部分,各有其技术难点。封装是将多个IGBT集成封装在一起,其中贴片工段是通过固晶机设备将切合的IGBT晶圆和锡片贴装到DBC基板上。
固晶设备工艺环节:
① 将各种表面贴装元件按照规定方式进行分类放置到元件供给器中
② 通过电机驱动等方式将元件从元件供给器中传到下一个阶段
③ 使用晶圆贴片机将切合的IGBT晶圆和锡片贴装到DBC基板上
④ 根据客户需求将贴好晶圆的DBC基板送入回流炉中,在炉内进行加热融化(一次回流炉使用电加热,工作温度245℃,持续工作7分钟左右)
由于固晶机的品质直接影响到封装产品的质量和可靠性,所涉及的技术领域也包括机械,电气,软件等多个方面,产品的不稳定也成为行业的一大难题,且自主研发需要投入大量的人力和物理资源。且全球固晶机市场主要由国外少数企业所占据,目前国产核心技术竞争力已经步入深水区,一些实力企业已经开始争相崭露头脚。
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