IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。IGBT模塊生產(chǎn)過(guò)程主要是把晶圓貼片在陶瓷基板上，鍵合線，插針，點(diǎn)膠密封等過(guò)程。下面是一張IGBT實(shí)物圖，可以看出主要的物料有IGBT芯片，二極管，五金件，鍵合絲，陶瓷基板，外殼等。
IGBT模塊工藝流程及產(chǎn)污節(jié)點(diǎn)圖（1）貼晶圓：使用晶圓貼片機(jī)將切合的IGBT晶圓和錫片貼裝到DBC基板上；IGBT晶圓，上面被分割成一顆顆的正是IGBT芯片。貼片設(shè)備會(huì)將晶圓上的IGBT芯片自動(dòng)取下來(lái)，放置到固定的襯板上，形成IGBT模塊的電路（2）真空回流焊（一次）：根據(jù)客戶需求，將貼好晶圓的DBC基板送入回流爐中，在爐內(nèi)進(jìn)行加熱熔化（一次回流爐使用電加熱，工作溫度245℃，持續(xù)工作7分鐘左右）， 以氣態(tài)的甲酸與錫片金屬表面的氧化物生成甲酸金屬鹽，并在高溫下裂解還原金屬，以此達(dá)到焊接目的，需向爐內(nèi)注入氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣以保證焊接質(zhì)量。甲酸焊接過(guò)程化學(xué)反應(yīng)機(jī)理如下：HCOOH+MO→M+H2O+CO2（3）檢測(cè)：使用檢測(cè)設(shè)備對(duì)焊接口進(jìn)行平面和立體成像檢測(cè)，不合格的產(chǎn)品經(jīng)人工維修合格后進(jìn)入下一工序；
X射線檢測(cè)，用來(lái)檢查IGBT模塊內(nèi)部的焊接效果，有無(wú)空洞等缺陷（4）晶圓鍵合、一體針上錫：使用鍵合機(jī)利用鍵合線連接一體針與DBC基板的上銅層、DBC基板與底板，該過(guò)程需使用二次焊組裝機(jī)設(shè)備利用焊錫絲進(jìn)行焊點(diǎn)預(yù)上錫。
引線鍵合環(huán)節(jié)，機(jī)器人通過(guò)圖像識(shí)別技術(shù)定位，然后使用超聲波引線鍵合技術(shù)將芯片與芯片之間的電路自動(dòng)連接完整。（5）超聲波清洗：將焊接完成后的半成品置于插針機(jī)中，對(duì)模塊上的針腳進(jìn)行加蓋超聲波清洗，主要清洗焊接后針腳上殘留的松香。清洗設(shè)備有效容積約3.2L，以無(wú)水乙醇作為清潔劑，單次清洗約24根針腳，時(shí)間約一分鐘。（6）真空回流焊（二次）：根據(jù)客戶需求，將鍵合完的DBC基板送入回流爐中，在爐內(nèi)進(jìn)行加熱熔化（二次回流爐使用電加熱，工作溫度245℃，持續(xù)工作8分鐘左右），以氣態(tài)的甲酸與錫片金屬表面的氧化物生成甲酸金屬鹽，并在高溫下裂解還原金屬，以此將DBC基板焊接到銅基板上，需向爐內(nèi)注入氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣以保證焊接質(zhì)量。（7）密封：將半成品與外殼使用點(diǎn)膠及外框組裝機(jī)進(jìn)行組裝，在外殼點(diǎn)膠（廢氣產(chǎn)生量較少，可忽略不計(jì)），并通過(guò)螺釘將外殼安裝到銅底板上。該過(guò)程使用有機(jī)硅密封膠進(jìn)行點(diǎn)膠；
（8）超聲波焊接：使用超聲波焊接設(shè)備將端子與半成品焊接，不使用助焊劑及焊材，屬于摩擦焊接；（9）灌封、固化：常溫下，使用灌膠機(jī)將有機(jī)硅凝膠灌注到外殼內(nèi)（廢氣產(chǎn)生量較少，可忽略不計(jì)），然后使用固化機(jī)進(jìn)行固化。真空下，通過(guò)高溫（約110~130℃），將有機(jī)硅凝膠固化。先將工件放入真空烤箱內(nèi)，然后關(guān)閉烤箱腔體，抽真空，保壓一段時(shí)間后再充氮?dú)猓又訜嶂?20℃，保溫一定時(shí)間，待冷卻到室溫后，再打開(kāi)烤箱腔體取出工件。固化過(guò)程，在高溫下有機(jī)硅凝膠固化后形成柔軟透明或半透明的彈性體，固化過(guò)程產(chǎn)生G5固化廢氣；（11）測(cè)試：使用測(cè)試儀器進(jìn)行測(cè)試。此工序會(huì)產(chǎn)生不合格產(chǎn)品；全自動(dòng)高溫阻斷測(cè)試，是在高溫高壓情況下考驗(yàn)IGBT的可靠性（12）包裝入庫(kù)：合格成品包裝入庫(kù)。序號(hào) | 設(shè)備名稱 | 用途/備注 |
1 | 晶圓貼片機(jī) | 放置晶圓 |
2 | 一次回流爐 | 焊接晶圓，電加熱 |
3 | 二次回流爐 | 焊接晶圓，電加熱 |
4 | 超聲焊接機(jī) | 焊接端子 |
5 | 鍵合機(jī) | 晶圓鍵合 |
6 | 插針機(jī) | 上針、超聲波清洗一體 |
7 | 二次焊組裝機(jī) | 焊接基板 |
8 | 點(diǎn)膠及外框組裝機(jī) | 密封 |
9 | 灌膠機(jī) | 灌封 |
10 | 封蓋機(jī) | 裝蓋板 |
11 | 固化機(jī) | 固化有機(jī)硅凝膠，電加熱 |
12 | 2D X-Ray無(wú)損檢測(cè)設(shè)備 | 測(cè)試 |
13 | 超高分辨率3D X-Ray顯微鏡 | 測(cè)試 |
14 | DBC中測(cè)機(jī) | 測(cè)試 |
15 | 動(dòng)靜態(tài)測(cè)試機(jī) | 測(cè)試 |
16 | 老化測(cè)試機(jī) | 測(cè)試 |
17 | 氮?dú)夤?/span> | 液氮罐5m3*2 |
18 | 線體上下料 | 上下料 |
19 | AGV | 自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車 |
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1 | 超聲波掃描顯微鏡（C-SAM） |
2 | DBC動(dòng)態(tài)測(cè)試 |
3 | DBC靜態(tài)測(cè)試 |
4 | 老化測(cè)試機(jī) |
5 | AOI自動(dòng)光學(xué)檢測(cè) |
6 | 灌膠機(jī) |
7 | 固化機(jī) |
8 | 萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī) |
9 | 工具顯微鏡 |
10 | 體視顯微鏡 |
11 | 推拉力測(cè)試機(jī) |
12 | 雙脈沖測(cè)試臺(tái) |
13 | 功率循環(huán)實(shí)驗(yàn)室 |
14 | 機(jī)加工間 |
15 | 電路板焊接及調(diào)試區(qū) |
16 | 實(shí)驗(yàn)室物料存放區(qū) |
17 | 實(shí)驗(yàn)室資料室 |
18 | 危廢存放 |
19 | 化學(xué)品存放 |
20 | 研發(fā)試制線 |
原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（艾邦半導(dǎo)體網(wǎng)）：IGBT模塊生產(chǎn)工藝流程及主要設(shè)備
