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IGBT模块焊料层空洞的形成及常用的无损检测方式

2023-02-23

    双极晶体管绝缘栅(IGBT)由于其输入阻抗高、开关速度快、通态电压低、阻挡电压高、电流大、热稳定性好,已成为当今电力半导体设备开发的主流。广泛应用于高速铁路和轨道交通、汽车电子、风能发电、太阳能、家用电器、节能、UPS,数控机床、焊机、动力传动等领域。

    对于IGBT模块,模块的外部是外壳和金属端子。不仅有芯片,还有键合线、绝缘陶瓷基板和焊接层,统称为机械连接。为了保证产品的耐久性,即商品的使用寿命。IGBT模块制造商将在最终确定之前进行一系列可靠性测试,以确保产品的长期耐久性。

    IGBT模块的生产过程涉及多个阶段。在真空回流焊接过程中,芯片与铜直接键合(DBC)由于工艺限制,基板上铜层之间的焊料层和DBC下铜层与模块底板之间的焊料层会出现空洞。

    焊接层的空洞缺陷也会出现在贴片工艺步骤中。由于材料的热膨胀系数,IGBT模块在使用过程中空洞不稳定(CTE,热膨胀系数)的不匹配会产生热应力,从而进一步扩大工作过程中模块温度的变化。甚至导致相邻的空洞连接成一块,促进焊接层分层,导致模块功能故障。

    空洞的原因有很多,极大地影响了模块的热性能,增加了模块的热阻,降低了散热性能,增加了设备的局部温度,甚至进一步降低了模块的可靠性和使用寿命。

    将芯片焊接到DBC基板上,然后将DBC基板焊接到铜基板上,然后通过厚铝线键合工艺实现芯片与外端子之间的电连接,然后在外壳上安装密封剂,然后倒入硅胶,实现模块内的IGBT密封、防潮、抗震和绝缘。

    IGBT模块由MOSFET和BJT组成,容易发生静电穿透和过电应力损坏。该装置的安装表面暴露在空气中,容易氧化,影响后续的安装和使用。IGBT模块的封闭性使其难以进行过程检测。内部缺陷只能通过无损检测进行,必须采用特殊的检测方法进行筛选和保护。

    无损检测焊料层的空洞一般采用X-RAY(X射线)无损检测,X-ray检测设备是一种通过x射线通过检测对象进行内部显像,然后通过检测图像直观地看到内部缺陷的检测方法。x射线无损检测广泛应用于半导体检测。可有效检测IGBT模块内的空洞率、位置和尺寸,有效帮助客户分析半导体的可靠性。