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中。

IGBT模塊可靠性往往會影響整個電力電子系統的效率、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，導致發生失效故障，縮短器件服役年限，不僅對電力系統帶來經濟損失，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、小封裝體積方向發展。隨之而來的是模塊內部發熱量也在不斷增加，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態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、液態、氣態之外的第四態。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下部分蒸發；
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。

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。