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本帖最后由 Heaven_1 于 2023-7-31 14:52 编辑
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( s7 C% z- g; k: n8 cIGBT由于非常优越的大功率、高压大电流的性能，广泛地应用在各个领域里，根据电压和电流大小，广泛地应用在消费电子、新能源以及电机控制、家用电器，更高端应用还有智能电网和轨道交通、动力发电等方面。
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IGBT应用方式和封装要求+ J+ |2 O- l* ^% P. {1 ^( m
根据IGBT不同的应用，形态可以是单管的封装，也可以是模块的封装。不论是单管还是模块封装，应用时IGBT需要和快恢复二极管（简称FRD）配对使用，因为IGBT在应用时，它的负载基本是感性的负载，这个感性的负载在IGBT关断的时候会产生很大的反向的电流，需要在IGBT的两端并联一个快速恢复二极管来消纳反向电流。% `% C# m! @" R
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4 K9 j, ]! s. q# ~/ t& c所以 IGBT 单管封装有IGBT芯片和FRD芯片两个芯片。在IGBT单管封装工艺流程中，芯片在晶圆上做好划片之后，要通过粘片设备把芯片从晶圆转移到到框架（或称作基板）上进行粘接，然后通过压焊进行连线，再进行最后的塑封等过程。' J: {5 F+ ^, l) \, k& ]& p% m: Y" M
IGBT单管封装粘片工艺及其问题5 [/ q& D* R# }3 j7 E
就粘片工艺和设备来说，晶圆划片后通过粘片机把芯片挑起，转移到框架上面，框架上事先涂好了焊接材料，也就是一般的焊锡。
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- C. A/ o K; |2 y传统的IGBT单管封装需要两台粘片设备来依次完成IGBT和FRD芯片的粘片。其工艺步骤是先把框架进行加热，涂上焊锡，然后在第一台粘片机上进行IGBT芯片粘片，待框架降温后，再进入第二台粘片机进行FRD芯片粘片，重复加热、涂焊料、粘接芯片的步骤。
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图 传统IGBT单管封装粘片工艺流程6 u2 ~9 N9 X* g1 m/ ?, x2 L
传统的IGBT单管封装粘片工艺方法存在一些问题：
2 m9 s/ A& h- x0 L1 k, j在粘片过程中，框架需要经过两次加热，若采用同样熔点的焊锡，则粘第二颗芯片时，会导致第一颗芯片焊锡的融化，从而导致位置偏移、焊锡厚度不均匀、增加气泡等问题。若采用更低熔点的焊锡粘接第二颗芯片，则会增加串联电阻，影响使用；
- x, d* u8 j( a6 x. B3 J框架经过两次升降温，会造成物理机械性能上的影响，升温降温过程中的热胀冷缩可能会造成框架的变形，若变形量过大，影响第二次粘片后的过片，造成卡料而报废；框架头（IGBT芯片和快恢复二极管芯片所在位置）经过热胀冷缩后产生变形，造成注塑后露铜问题，在应用时可能会导致短路。
7 @6 G) v7 @8 d4 g( O; o两台粘片设备会导致设备成本、能耗增加、占用厂房面积和操作人员的增加。
# Y8 m# N6 P: C: kIGBT单管封装双芯片粘片工艺: G, Q1 R% \6 T, J- P
如果能在同一台粘片设备同时完成IGBT芯片和FRD芯片粘片，在框架上加热以后，同时在两个位置涂覆焊锡，然后将IGBT芯片和FRD芯片同时粘接上去，就可以避免传统粘片方式造成的问题：
: L& Z O. Y% w& m. C两颗芯片同时粘，可以采用同样熔点的焊锡，粘第二颗芯片时不会引起第一颗芯片位置偏移，焊锡厚度均匀，空洞率低；% p8 C; V. e: _. F
框架只经过一次升降温过程，不易因框架变形而影响第二颗粘片时的过片，造成卡料报废，不易使框架头变形，造成露铜问题；. p9 r" G& \: M3 P& P
降低设备成本和能耗，提高生产效率；& R7 Y7 q: i0 D7 |- D
减少厂房占地面积和操作人员。
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图 双芯片粘片工艺流程
" c$ h: ~; k; T( }9 `7 F3 c2 f针对IGBT单管封装需求，立德智兴开发了双芯片粘片机，一台设备完成两台设备的功能并提高封装质量。双芯片粘片机可以一次性将IGBT芯片和FRD芯片粘接到框架上。如下图所示，粘片机设有一个中转工作台，位于FRD芯片的上方，通过摆臂机构将IGBT晶圆上的芯片转移到中转工作台上，然后用两个吸嘴同时吸取第二个晶圆上的FRD芯片以及中转工作台上的IGBT芯片，粘接到已经涂好焊锡的框架上，实现一次性将两颗芯片同时粘片。
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图 双芯片粘片机独特的中转工作台设计
6 o- T6 Q! B/ _( U& w2 ^- M除了独特的中转工作台的设计之外，立德智兴在粘片机的上还有更多设计考虑，单台设备实现高效高质量IGBT封装粘片：
0 P P+ p# o3 c2 k8 R$ ~/ J采用计算机控制的伺服电机系统，运用摆臂 三轴联动配合的方式，同时实现两种不同芯片的高精度键合功能；( Q! l) p F+ h: x
优越的结构设计：两套独立芯片工作台机构，一次加热完成两颗不同类型芯片的粘片工艺；
H& h. y# d3 `" z优越的过程控制：图像识别和自动寻位、θ角度修正技术，提高了粘片的灵活性、稳定性；
# v+ r; t/ I5 M$ u2 ?* r% D可调气体保护：升级版多温区可调节气体保护装置；4 y/ {% M ?) M% e& X7 `/ y! V7 V
可调焊接压力：音圈电机实现压力无级电动调节；' F& m( m! j8 v0 T$ `
自动送料、过料、收料；
/ I, L# b9 w; s9 K/ b! y采用计算机控制，全中文操作界面，更精确、方便的操作；# `4 Y/ [3 P, ]/ {4 p
支持Mapping文件；
" \- \ s V, I5 k+ h合理的占地面积3.1M ?。 p, Z/ p( b/ F- C% O
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双芯片粘片机的主要量产性能：1 U" K, J3 D8 C
生产速度UPH视具体产品来看，TO247为2000/小时，TO220为3000/小时；) n; P1 E; E6 t2 h0 R7 k2 s
固晶后实测粘片位置精度可以控制在±70μm，偏转角度控制在±2°以内；
9 o% X9 w) ]" }4 z% C焊锡层厚度在20μm-75μm范围内可调节，极差≤40μm；
- i! o* m: u- [7 V8 E" K5 g6 }3 F9 P整体空洞率＜5%，单个＜2%。
2 |; l& w# K# L: K5 c2 v值得一提的是，为了能够达到高效、高精度的粘片工艺，立德智兴的双芯片粘片机采用了 1280×1024 像素的图像识别系统，识别精度可以做到±2μm，保证粘片的需求。
- N4 e3 r9 j) R综合来看，立德智兴双芯片粘片机实现了一台设备完成两台的功能，提高封装质量，特别适合IGBT单管封装。/ t/ W& F- @; W+ J/ Q; Z
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发表于 2023-7-28 12:26
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