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（絕緣柵型場效應管）組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優點。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅動電流較大；MOSFET驅動功率很小，開關速度快，但導通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優點，驅動功率小而飽和壓降低。非常適合應用于直流電壓為600V及以上的變流系統如交流電機、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域。IGBT模塊是由IGBT（絕緣柵雙極型晶體管芯片）與FWD（續流二極管芯片）通過特定的電路橋接封裝而成的模塊化半導體產品；封裝后的IGBT模塊直接應用于變頻器、UPS不間斷電源等設備上；IGBT模塊具有節能、安裝維修方便、散熱穩定等特點；當前市場上銷售的多為此類模塊化產品，一般所說的IGBT也指IGBT模塊；隨著節能環保等理念的推進，此類產品在市場上將越來越多見；IGBT是能源變換與傳輸的核心器件，俗稱電力電子裝置的“CPU”，作為國家戰略性新興產業，在軌道交通、智能電網、航空航天、電動汽車與新能源裝備等領域應用極廣。絲網印刷→自動貼片→真空回流焊接→超聲波清洗→缺陷檢測（X光）→自動引線鍵合→激光打標→殼體塑封→殼體灌膠與固化→端子成形→功能測試IGBT作為重要的電力電子的核心器件，其可靠性是決定整個裝置安全運行的最重要因素。由于IGBT采取了疊層封裝技術，該技術不但提高了封裝密度，同時也縮短了芯片之間導線的互連長度，從而提高了器件的運行速率。但也正因為采用了此結構，IGBT的可靠性受到了嚴重挑戰。由于IGBT主要是用來實現電流的切換，會產生較大的功率損耗，因此散熱是影響其可靠性的重要因素。IGBT模塊封裝級的失效主要發生在結合線的連接處，芯片焊接處和基片焊接處等位置。尤其兩個焊接處，是IGBT主要的熱量傳輸通道，焊接處的焊接質量是影響其可靠性因素的重中之重。研究表明，焊料層內的空洞會影響溫度熱循環，器件的散熱性能降低，這也會促進溫度的上升，影響期間在工作過程中的熱循環，造成局部溫度過高，從而加快模塊的損壞。有調查表明，工作溫度每上升10℃，由溫度引起的失效率增加一倍。并且，應力與應變之間存在著滯回現象，在不斷地溫度循環當中，材料的形狀實時地發生改變，這又增加了焊料層的熱疲勞。因此對于IBGT封裝來說，最重要的就是要降低焊料層內的空洞。焊接層空洞的產生，主要是由于焊接材料中的揮發物留著焊接層中造成，而IGBT的芯片通常都比較大，長會達到10mm-20mm，并且DBC的尺寸通常在20mm-40mm，如此大的焊接面積，給焊接材料中的揮發物揮發造成很大困難。因此IBGT焊接層的空洞成為人們極力解決的問題。而對于IGBT高可靠性的要求，空洞率必然是封裝環節的一個重要控制因素。通常小家電、普通電氣裝備用的IGBT要求空洞率<5%，對于軌道交通、航空航天?等領域，空洞率要求更加苛刻，甚至需要達到0.1%以下。1、焊片：是當前IBGT領域使用最為廣泛的焊料
優點：有機組份使用量少，空洞低。2、錫膏：使用錫膏是近幾年IGBT封裝領域逐漸興起的工藝
優點：操作方便，成本低，適用各種規格產品的焊接。
缺點：大量有機組分揮發容易造成空洞；必須清洗掉殘留物。使用錫膏焊接，為了促進錫膏內揮發物的揮發，通常會將錫膏印刷成若干矩形的陣列，尤其印刷在基板與DBC之間的錫膏，錫膏之間的通道會方便揮發物的排出。但這要求錫膏的揮發性和潤濕性與工藝有很好的匹配，否則在溝槽處很容易產生空洞。對于要求高的IGBT產品須使用真空爐焊接，真空負壓有利于錫膏中揮發物的排出。但真空度和真空時機應與錫膏匹配，否則不易達到理想的效果。為適應市場對IBGT焊錫膏低空洞率和高可靠性的要求，深圳市晨日科技股份有限公司在十多年來在半導體封裝材料、LED封裝材料和電子組裝材料技術研發的基礎上，開發出了MO3和S03(水洗)兩款IGBT封裝無鉛錫膏和GT40?IGBT封裝有機硅凝膠- SAC305合金，三號粉，適用于IGBT封裝，S03為水洗錫音
- 滿足超細間距印刷工藝性要求，操作窗口寬，持續印刷一致性好
- 膠體固化后柔軟有彈性，表面粘手，對許多基材的粘附性和密封性能良好；
- 耐高低溫(-50℃-250℃)，并具有優異的電氣絕緣性能；
GT40?是晨日科技開發的一種低粘度雙組分高透明有機硅凝膠，可室溫固化，具有防潮、抗震、耐溫、自愈合等特性，主要適用于IGBT模塊和其他精密電子元件的密封和灌封。晨日在IGBT的封裝上已經完成錫膏與硅凝膠的材料解決方案，為推動中國IGBT封裝材料本土化做出貢獻。
來源：晨日
原文鏈接：http://www.earlysun.com/productapplications/info.aspx?itemid=343&lcid=
原文始發于微信公眾號（艾邦半導體網）：IGBT焊接層空洞的形成及解決方案
