IGBT由于非常優越的大功率、高壓大電流的性能，廣泛地應用在各個領域里，根據電壓和電流大小，廣泛地應用在消費電子、新能源以及電機控制、家用電器，更高端應用還有智能電網和軌道交通、動力發電等方面。
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IGBT應用方式和封裝要求
根據IGBT不同的應用，形態可以是單管的封裝，也可以是模塊的封裝。不論是單管還是模塊封裝，應用時IGBT需要和快恢復二極管（簡稱FRD）配對使用，因為IGBT在應用時，它的負載基本是感性的負載，這個感性的負載在IGBT關斷的時候會產生很大的反向的電流，需要在IGBT的兩端并聯一個快速恢復二極管來消納反向電流。
所以 IGBT 單管里封裝有IGBT芯片和FRD芯片兩個芯片。在IGBT單管封裝工藝流程中，芯片在晶圓上做好劃片之后，要通過粘片設備把芯片從晶圓轉移到到框架（或稱作基板）上進行粘接，然后通過壓焊進行連線，再進行最后的塑封等過程。
IGBT單管封裝粘片工藝及其問題
就粘片工藝和設備來說，晶圓劃片后通過粘片機把芯片挑起，轉移到框架上面，框架上事先涂好了焊接材料，也就是一般的焊錫。
傳統的IGBT單管封裝需要兩臺粘片設備來依次完成IGBT和FRD芯片的粘片。其工藝步驟是先把框架進行加熱，涂上焊錫，然后在第一臺粘片機上進行IGBT芯片粘片，待框架降溫后，再進入第二臺粘片機進行FRD芯片粘片，重復加熱、涂焊料、粘接芯片的步驟。
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在粘片過程中，框架需要經過兩次加熱，若采用同樣熔點的焊錫，則粘第二顆芯片時，會導致第一顆芯片焊錫的融化，從而導致位置偏移、焊錫厚度不均勻、增加氣泡等問題。若采用更低熔點的焊錫粘接第二顆芯片，則會增加串聯電阻，影響使用；
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框架經過兩次升降溫，會造成物理機械性能上的影響，升溫降溫過程中的熱脹冷縮可能會造成框架的變形，若變形量過大，影響第二次粘片后的過片，造成卡料而報廢；框架頭（IGBT芯片和快恢復二極管芯片所在位置）經過熱脹冷縮后產生變形，造成注塑后露銅問題，在應用時可能會導致短路。
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兩臺粘片設備會導致設備成本、能耗增加、占用廠房面積和操作人員的增加。
IGBT單管封裝雙芯片粘片工藝
如果能在同一臺粘片設備同時完成IGBT芯片和FRD芯片粘片，在框架上加熱以后，同時在兩個位置涂覆焊錫，然后將IGBT芯片和FRD芯片同時粘接上去，就可以避免傳統粘片方式造成的問題：
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兩顆芯片同時粘，可以采用同樣熔點的焊錫，粘第二顆芯片時不會引起第一顆芯片位置偏移，焊錫厚度均勻，空洞率低；
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框架只經過一次升降溫過程，不易因框架變形而影響第二顆粘片時的過片，造成卡料報廢，不易使框架頭變形，造成露銅問題；
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減少廠房占地面積和操作人員。
針對IGBT單管封裝需求，立德智興開發了雙芯片粘片機，一臺設備完成兩臺設備的功能并提高封裝質量。雙芯片粘片機可以一次性將IGBT芯片和FRD芯片粘接到框架上。如下圖所示，粘片機設有一個中轉工作臺，位于FRD芯片的上方，通過擺臂機構將IGBT晶圓上的芯片轉移到中轉工作臺上，然后用兩個吸嘴同時吸取第二個晶圓上的FRD芯片以及中轉工作臺上的IGBT芯片，粘接到已經涂好焊錫的框架上，實現一次性將兩顆芯片同時粘片。
除了獨特的中轉工作臺的設計之外，立德智興在粘片機的上還有更多設計考慮，單臺設備實現高效高質量IGBT封裝粘片：
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采用計算機控制的伺服電機系統，運用擺臂+三軸聯動配合的方式，同時實現兩種不同芯片的高精度鍵合功能；
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優越的結構設計：兩套獨立芯片工作臺機構，一次加熱完成兩顆不同類型芯片的粘片工藝；
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優越的過程控制：圖像識別和自動尋位、θ角度修正技術，提高了粘片的靈活性、穩定性；
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可調氣體保護：升級版多溫區可調節氣體保護裝置；
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可調焊接壓力：音圈電機實現壓力無級電動調節；
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自動送料、過料、收料；
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采用計算機控制，全中文操作界面，更精確、方便的操作；
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支持Mapping文件；
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合理的占地面積3.1M 2。
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生產速度UPH視具體產品來看，TO247為2000/小時，TO220為3000/小時；
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固晶后實測粘片位置精度可以控制在±70μm，偏轉角度控制在±2°以內；
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焊錫層厚度在20μm-75μm范圍內可調節，極差≤40μm；
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值得一提的是，為了能夠達到高效、高精度的粘片工藝，立德智興的雙芯片粘片機采用了 1280×1024 像素的圖像識別系統，識別精度可以做到±2μm，保證粘片的需求。
綜合來看，立德智興雙芯片粘片機實現了一臺設備完成兩臺的功能，提高封裝質量，特別適合IGBT單管封裝。
本文由立德智興 CTO 李元雄博士《雙芯片粘片工藝與設備助力優質高效IGBT封裝》主題報告分享整理，關注公眾號，回復關鍵詞：20230629，即可查看演講視頻，下載演講資料。
原文始發于微信公眾號（艾邦半導體網）：雙芯片粘片工藝實現IGBT單管優質高效封裝
